UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE MEDICINA

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMON FACULTAD DE MEDICINA “DR. AURELIO MELEAN” PROGRAMA DE LICENCIATURA EN NUTRICION Y DIETETICA BIOMIMICA Miriam Rosario Arnéz Camacho

Unidad I La Bioquímica y su relación con otras ciencias 1. Introducción 1. 1. Concepto de Bioquímica 2. Objetivo 3. Procesos químicos y la materia viva 4. División de estudio de la Bioquímica 5. Bioquímica y su relación con otras ciencias 5. 1. Bioquímica como disciplina y ciencia interdisciplinar 6. Base Bioquímica de Salud y enfermedad 7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual

1. Introducción La Bioquímica “Química de la vida”, es la ciencia que se ocupa del estudio de las diversas moléculas o constituyentes químicos que se encuentran presentes en las células y organismos vivos, y de las reacciones químicas que ocurren en ellas.

2. Objetivo Pretende describir y explicar la estructura, la composición, la organización, los procesos o reacciones químicas, así como también la regulación metabólica y las funciones de la materia viva en términos moleculares.

Para lograr este objetivo los bioquímicos han necesitado: • Aislar las numerosas moléculas o constituyentes de que se componen las células • Determinar su estructura química • Analizar la forma en la que funcionan y como se organizan para su nueva creación • Intentar comprender la forma como comienza la vida

• • La bioquímica abarca la biología celular y la genética para dar lugar a una verdadera biología molecular, que es el objeto de la bioquímica actual.

3. Procesos químicos y la materia viva

Donde hay vida ocurren los procesos químicos …. ¿ Y donde se estudian los procesos químicos? En las células • • • Microorganismos Vegetales Insectos Peces aves • • • Mamíferos inferiores Mamíferos superiores Seres humamos (Interés de estudio de las Ciencias Médicas)

LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO • Todas las formas de vida desde la célula bacteriana más pequeña hasta el ser humano, están formadas por los mismos elementos químicos, que se utilizan para elaborar los mismos tipos de moléculas.

LA QUÍMICA DE LA MATERIA VIVA ES SIMILAR EN EL MUNDO BIOLÓGICO • La continuidad de procesos bioquímicos refleja el origen evolutivo común de todas las células y organismos.

Los estudios de estequiometria, del mecanismo de reacciones químicas y de los principios básicos de la termodinámica, han contribuido favorablemente en la comprensión y estudio de la Bioquímica.

Estudios que son importantes para comprender: • De que manera las plantas obtienen energía de la luz del sol.

Estudios que son importantes para comprender: • Como obtienen los animales y el hombre la energía a través de los alimentos…

El conocimiento de la Bioquímica permite al estudiante del área de la salud a enfrentarse en la práctica y la investigación. • Permite comprender y preservar la salud • Apreciar y seguir un tratamiento eficaz en la enfermedad

Sin embargo, es necesario plantearse las siguientes preguntas. • ¿Cuales son las estructuras químicas de los componentes de la materia viva? • ¿De que forma interactúan estos componentes para dar origen a estructuras supra moleculares organizadas? ¿Células tejidos multicelulares y organismos?

• ¿Cómo extrae energía de su entorno la materia viva para mantener su existencia? • ¿De que manera almacena y transmite un organismo la información que necesita para crecer y reproducirse de forma exacta? • ¿Qué cambios químicos acompañan a la reproducción, al envejecimiento y la muerte de las células y los organismos? • ¿Como se controlan las reacciones químicas en el interior de las células? La búsqueda de las respuestas es el estudio de la química de la vida.

BIOQUÍMICA “QUÍMICA DE LA VIDA”

4. División de estudio de la Bioquímica • Química estructural • • Estudia los componentes estructurales de la materia viva y la relación con la estructura química. Metabolismo ** Estudia la totalidad de las reacciones químicas que se producen en la materia viva. Química de los procesos y las sustancias que almacenan y transmiten la información biológica. Incluye el área de la genética molecular que pretende conocer la herencia y la expresión de la información genética en términos moleculares.

4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo ** Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células. • Crecer y reproducirse • Mantener sus estructuras • Responder a estímulos El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: • Catabolismo • Anabolismo

4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo ** Reacciones catabólicas ü Liberan energía ejemplo la Glicolisis, degradación de la glucosa con liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Reacciones anabólicas ü Utilizan energía liberada para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como proteínas y ácidos nucleicos.

4. División de estudio de la Bioquímica Metabolismo ** üEl anabolismo y catabolismo son procesos acoplados, que hacen al metabolismo un conjunto, puesto que cada uno depende del otro

GLUCOLISIS • La glucolisis o ruta de Embden-Meyerhof, ocurre en el citosol de la célula. • No necesita oxígeno para su realización y se trata simplemente de una secuencia de nueve etapas. • En esta ruta; una molécula de glucosa se transforma en dos moléculas de ácido pirúvico.

GLUCOLISIS • Se produce en todas las células vivas, desde procariotas hasta eucariotas animales y vegetales. • Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de: 2 NADH y 2 ATP por molécula de glucosa: Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ ==>2 Acido pirúvico + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 Agua

GLUCOLISIS • .

¿Qué es el ciclo de Krebs?

5. BIOQUIMICA Y SU RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS

BIOQUÍMICA COMO DISCIPLINA Y CIENCIA INTERDICIPLINAR Extrae sus principales temas y guarda relación con: • Química orgánica Por que describe las propiedades químicas de las biomoléculas. • Biofísica Aplica técnicas de la física al estudio de las estructuras moleculares.

• Investigación médica Intenta comprender los estados patológicos en términos moleculares. • Fisiología Que investiga los procesos de la vida a nivel celular y del organismo (Función corporal).

• Biología celular Que describe la división de bioquímica del trabajo en el interior de una célula. • Genética Describe el mecanismo que da a una determinada célula u organismo su identidad bioquímica. Los estudios genéticos han dilucidado numerosas áreas bioquímicas. Los fundamentos de genética se apoyan en la bioquímica, un ejemplo el estudio de los ácidos nucleídos.

• Inmunología Utiliza numerosas técnicas bioquímicas y numerosas aspectos inmunológicos han encontrado uso extenso entre bioquímicos. • Microbiología Ha demostrado que los organismos unicelulares y los virus son apropiados para la determinación de muchas rutas metabólicas y mecanismos de regulación.

• Nutrición “La nutrición es la composición y la cantidad de la ingesta de alimentos y la utilización de estos alimentos por los organismos vivos”, y el proceso de utilización de los alimentos es bioquímico (Devlin) La bioquímica aclara y permite mayor comprensión del proceso metabólico mediante la descripción de necesidades alimentarías (nutrición) para el mantenimiento de la salud.

• Farmacología y farmacia Se apoyan en un conocimiento de bioquímica y fisiología. sólido La mayor parte de los fármacos son metabolizados por reacciones catalizadas por enzimas y las complejas interacciones entre fármacos y fármaco nutrientes se comprender mejor desde un punto de vista bioquímico.

• Toxicología Los tóxicos o venenos actúan por medio de reacciones o procesos bioquímicos. • Patología Enfoques bioquímicos se emplean cada vez más en el estudio de aspectos básicos de patología “estudio de la enfermedad” • Inflamación • Lesión celular • Cáncer

La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad “El estudio de la bioquímica ayuda a entender como funciona el organismo a modo de un sistema químico”

La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad La bioquímica estudia: ü Las estructuras químicas y composición de las diversas moléculas que componen las células, los organismos vivos y sus reacciones químicas.

La Bioquímica es también una disciplina diferenciada con su propia identidad üLas enzimas, coenzimas y la catálisis biológica. üLas rutas metabólicas y el control de las mismas. üLas hormonas que regulan las diferentes vías del metabolismo. üTodos los procesos vitales que se comprenden mejor con el estudio de las leyes químicas y la existencia de una alteración o enfermedad en términos moleculares.

Los procesos bioquímicos normales son la base de la salud • “La salud es un estado de completo bien • estar físico, mental y social y no únicamente la ausencia de enfermedad o dolencia” (OMS). Dentro el equilibrio de los factores físicos, psicológicos y sociales se incluye además (Según la OPS) los factores medioambientales

Los procesos bioquímicos normales son la base de la salud • Desde un punto de vista bioquímico estricto, puede considerarse a la salud como esa situación donde miles de reacciones intra y extracelulares que ocurren en el cuerpo proceden a velocidades adecuadas a su supervivencia máxima en el estado fisiológico (Devlin).

Componentes de la salud según la OMS 1. Estado de adaptación al medio: El estado de medio ambiente no es solo de naturaleza físico-química o biológica, sino que contempla los llamados factores socioculturales, que son aquellos creados por el hombre con un fin determinado. 2. Estado variable fisiológico de equilibrio y adaptación.

Componentes de la salud según la OMS: 3. Equilibrio relativo entre la forma y función del organismo: En el equilibrio entre la forma y función del organismo se refiere a cómo influyen en las personas los alimentos y los gérmenes. 4. Concepto relativo según la perspectiva biológica, ecológica y social: En este punto entran las buenas o malas relaciones familiares y laborales, al igual que los hábitos, las costumbres y las creencias.

Relación de los componentes según la salud Las relaciones de los componentes de la salud según la OMS se basan en la prevención de enfermedades como por ejemplo: • • Paludismo Enfermedad maternoinfantil Tuberculosis Enfermedades de transmisión sexual Enfermedades relacionadas con la nutrición El sanamiento ambiental Problemas sanitarios: VIH.

Relación de los componentes según la salud Triada ecológica: • El proceso Salud Enfermedad, es un proceso dinámico, dado que se da una fluctuación constante entre el estado de salud y la aparición de signos y síntomas, es decir, de enfermedad. • El pasaje de un estado a otro, se debe a la ruptura del equilibrio existente entre los tres elementos responsables del estado de salud, que componen la triada ecológica.

Relación de los componentes según la salud Componentes de Triada ecológica: • Agente: Es el factor que proviene del ambiente o del propio individuo, por alteración, presencia o ausencia, se constituye en responsable de la presentación de la enfermedad. • Huésped: Así se denomina al individuo que aloja al agente y que por sus características biológicas, facilita el desarrollo de la enfermedad.

Relación de los componentes según la salud Componentes de Triada ecológica:

Enfermedad o dolencia La salud depende del equilibrio armónico de las reacciones bioquímicas que ocurren en el cuerpo, y la enfermedad o dolencia refleja anomalías en las biomoléculas, alteración de enzimas, hormonas, reacciones bioquímicas o procesos biológicos.

La Investigación Bioquímica tiene impacto en la Nutrición y Medicina Preventiva Objetivos • Conservar la salud de la población • Prevenir enfermedades • Mejorar los hábitos alimentarios Requisito • Ingestión optima de cierto número de compuestos químicos. Vitaminas Varios aminoácidos Ácidos grasos Minerales Proteínas Glúcidos Fibra Agua

“Proteger, promover y restaurar la salud de la personas, mediante acciones colectivas es el resultado del esfuerzo organizado por la sociedad”

Vida Alimentación S A L U D

6. Base Bioquímica de salud y enfermedad

Todas las enfermedades tienen una base bioquímica • Las enfermedades son manifestaciones de anormalidades de moléculas y de reacciones bioquímicas o procesos. • Los estudios bioquímicos contribuyen al diagnóstico, pronóstico y tratamiento de una enfermedad.

Todas las enfermedades tienen una base bioquímica • La cantidad y la composición de los alimentos (combustible) que se consume extraordinariamente importante. es • Los seres humanos deben ingerir cierto número de moléculas orgánicas complejas “alimentos-nutrientes” para conservar la salud. • Los estudios de bioquímica permiten entender las relaciones existentes entre los nutrientes, el metabolismo, la salud y la enfermedad.

1. Las vitaminas se convierten en el organismo en moléculas complejas llamadas “coenzimas” que desempeñan función clave en las reacciones celulares. Si en la dieta existe deficiencia de vitaminas puede originar las siguientes enfermedades: • Escorbuto por deficiencia de vitamina C • Raquitismo por deficiencia de vitamina D • Xeroftalmia por deficiencia de vitamina A Tratamiento: Administración de la vitamina apropiada

2. Numerosos deficientes en esenciales vegetales en África son uno o más aminoácidos • Caso que Origina desnutrición debilitante “Kwashiorkor” en personas que dependen de esos vegetales como fuente principal de proteína. Tratamiento: Consumo de alimentos balanceados que contengan cantidad suficiente de todos los aminoácidos esenciales.

3. Los esquimales de Inuit de Groenlandia consumen abundante cantidad de aceite de pescados ricos en ciertos ácidos grasos poliinsaturados AGPI En este caso, las personas tenían: • baja concentración plasmática de colesterol • baja frecuencia de ateroesclerosis En consecuencia se estimula el interés por el consumo de alimentos ricos en AGPI.

Desequilibrio nutricional Enfermedad por deficiencia Vitamínica • Raquitismo • Escorbuto • Xeroftalmia Deficiencia de Aminoácidos • Kwashorkor Arteroesclerosis (Genético)

4. Fenilcetonuria PKU • Trastorno genético • Existe escasa o nula actividad de una enzima del metabolismo de los aminoácidos “fenilalanina hidroxilasa” • Origina retraso mental en la infancia si no se trata a tiempo • Exige diagnóstico de laboratorio selectivo Fenilalanina + enzima Fenilalanina hidroxilasa Fenilalanina + ? => Tirosina = Fenilcetonas y otros metabolitos (fenil-piruvato, fenil-lactato, fenil-acetato) se acumulan y lesionan tejidos del SNC en desarrollo

La Fenil cetonuria es una enfermedad infantil metabólica progresiva de origen genético

4. Fenilcetonuria PKU • La PKU clásica es una deficiencia autosómica recesiva de la fenilalanina hidroxilasa, se describen mas de 170 mutaciones en el gen. • Prevención: El retraso mental puede evitarse si: Los lactantes reciben un dieta sintética baja en fenilalanina pero que incluya tirosina durante 4 a 5 años. • Restricción de proteínas en la dieta por varios años o de por vida.

5. Fibrosis quística Enfermedad genética común de las glándulas exocrinas y sudoríparas • • Síntomas Producción anormal de secreción viscosa Obstrucción de los conductos del páncreas y bronquiolos Elevada concentración de cloruros en el sudor Mueren a temprana edad por infecciones pulmonares Causa 70 % de los pacientes presentan omisión de tres bases en el DNA. En la proteína transmembrana existe ausencia del aminoácido 508.

FIBROSIS QUISTICA –TRANSTORNO HEREDITARIO- CONGESTION PULMONAR - INFECCION Y MALA ABSORCION DE NUTRIENTES POR EL PANCREAS

6. Cólera El estudio del mecanismo de acción producida por la toxina bacteriana que causa el cólera ha proporciona información importante sobre las manifestaciones clínicas de la enfermedad.

6. Cólera Infección intestinal aguda causada por la ingestión de alimentos o aguas contaminadas por la bacteria ”Vibrio cholerae” (bacilo Gram negativo) Tiene un periodo de incubación corto, entre menos de un día y cinco días, y la bacteria produce una enterotoxina que causa los síntomas de la enfermedad Síntomas • Diarrea copiosa inholora y acuosa • Perdida de sal y agua • Deshidratación grave y puede causar la muerte si no se trata prontamente • Puede producir vómitos

Ciclo de contaminación del cólera

La enterotoxina producida por la bacteria origina la secreción de fluidos y electrolitos a nivel del intestino delgado. El Vibrio cholerae se adhiere a receptores celulares específicos presentes en la superficie de las células intestinales. Finalmente induce un bloqueo para la absorción de sodio y cloro por la vellosidad y promueve la secreción de cloro y agua por las células de las criptas intestinales.

7. Paludismo o Malaria • Enfermedad producida por un parásito (protozoo) del género Plasmodium que es transmitido por la picadura de las hembras del mosquito anófeles (Género Anopheles). • Los mosquitos pueden desarrollar resistencia bioquímica a la acción de los insecticidas.

8. Hipercolesterolemia Familiar • Enfermedad hereditaria autonómica dominante por un defecto en el cromosoma 19 • Origina ateroesclerosis grave a temprana edad • Las células son incapaces de absorver el LDL, por un • • defecto en la producción de receptores (LDL-r) La LDL (lipoproteina de baja densidad) se acumula en la sangre, existe un incremento de colesterol El incremento de estas sustancias favorece la generación de una placa aterosclerótica • Enfermedad que se explica por el conocimiento de receptores celulares y de los mecanismos de captación de colesterol por las células

9. Oncógenos en las células cancerígenas • Conducen al estudio de mecanismos moleculares que intervienen en el control de la multiplicación celular

Investigaciones bioquímicas en relación con las enfermedades Objetivo • Demostrar sus causas • Sugerir tratamientos adecuados y eficaces • Realizar pruebas selectivas para el diagnóstico temprano • Colaborar en la vigilancia del progreso de la enfermedad • Ayudar a valorar la respuesta al tratamiento

Principales causas de enfermedad Influencia de mecanismos bioquímicos en la célula o en el cuerpo 3. Agentes biológicos 1. Agentes físicos • • Traumatismo mecánico Temperaturas extremas Radiación Choque eléctrico 2. Agentes químicos y fármacos • Compuestos tóxicos • Agentes terapéuticos • • • Virus Bacterias Ricketzias Hongos Parásitos 4. Ausencia de oxígeno • Falta de suministro sanguíneo • Envenenamiento de las enzimas oxidativas

Principales causas de enfermedad Influencia de mecanismos bioquímicos en la célula o en el cuerpo 5. Genética 7. Desequilibrio nutricional • Alteraciones congénitas • Alteraciones • Deficiencia de nutrientes moleculares • Exceso de alimentos 6. Reacciones inmunológicas • Anafilaxis • Enfermedad autoinmonológica 8. Desequilibrio endocrino • Deficiencias o excesos hormonales

Proteínas Ácidos nucleicos Arteroesclerosis Nutrición Bioquímica Salud Medicina HIDRATOS DE CARBONO (GLUCIDOS) Diabetes Enfermedades Genéticas Lípidos Anemia Célula falciformes Enfermedad Genética

MEDICINA BIOQUÍMICA Nutrición

7. Desarrollo de la Bioquímica y situación actual

Referencia Bibliográfica • Murray, Granner, Rodwell. Harper Bioquímica Ilustrada. Editorial. • • El Manual Moderno S. A. 17 a. edición. 2007. Hernandez Angel G, Sanchez de Medina Contreras Fermin, Funciones y metabolismo de los nutrientes, 2010. Lehninger, A. Principios de Bioquímica. Editado por W. Freman. Tercera Edición. 2006. Thomas M. Devlin, Ph. D. Bioquímica. Editorial Reverté, S. A. 2004. Baynes John W. , Dominiczack Marek H. , Bioquímica Médica. 2 da. Edición. 2007. Eróstegui C. , Zalles L, Dávalos R, Gamarra M. Solano M, Bioquímica, UMSS Facultad de Medicna, 2009. Stryer, Lubert. Bioquímica. Editoril Reverté S. A. Tomo I. 1993 Lecturas recomedadas Págs. , Web –Internet. (rosarioarnezc. jimdo. com).

¡G R A C I A S!