Introducción a la Bioquímica y Nutrición

Conceptos Fundamentales

La Bioquímica es la ciencia encargada del estudio de las sustancias presentes en los organismos vivos y de las reacciones químicas fundamentales para los procesos vitales.

Energía y su Rol Biológico

La energía cinética del calor que sale del organismo debe ser reemplazada por la energía potencial de moléculas ordenadas presentes en los alimentos. Los seres vivos deben trabajar (gastar energía) para conservar la vida.

La FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura) define la energía como la cantidad requerida para mantener la composición corporal, un adecuado nivel de actividad física y, a largo plazo, la salud.

Definiciones Clave en Nutrición

Alimento: Toda sustancia natural, de origen animal, vegetal o mineral, que contenga en su composición aportes energéticos y nutritivos para el organismo, y con cualidades sensoriales (color, aroma, sabor, etc.) que exciten nuestros sentidos. Además de nutrir, debe satisfacer el apetito, constituyendo un estímulo psicofísico, con significado emocional y que actúe como factor de integración social.

Alimentación: Serie de actos voluntarios y conscientes, que consisten en la elección, preparación e ingestión de alimentos. Son susceptibles de modificación por la acción de influencias externas de tipo educativo, cultural o económico.

Nutrición: Conjunto de procesos fisiológicos armónicos y coordinados, que ocurren en todas las células y tienen como finalidad proveer al organismo de la energía y los nutrientes necesarios para mantener la vida, promover el crecimiento y reparar las pérdidas.

Nutriente: Toda aquella sustancia asimilable que, contenida en los alimentos, aporta al organismo materiales plásticos que se transforman y organizan en materia viva, así como materiales energéticos y factores de regulación indispensables para su funcionamiento.

Los nutrientes incluyen: agua, proteínas, lípidos, carbohidratos, vitaminas y minerales.

Metabolismo Celular

Procesos Metabólicos Fundamentales

• Catabolismo: Reacciones de degradación de materia orgánica.
• Metabolismo: Conjunto de reacciones químicas que se producen en el interior de las células y que conducen a la transformación de unas biomoléculas en otras.
• Anabolismo: Reacciones de síntesis de compuestos.

Características de las Reacciones Metabólicas

• Reacciones de Catabolismo:
  • Degradación
  • Oxidación
  • Desprenden energía
  • Convergencia en los productos
• Reacciones de Anabolismo:
  • Síntesis
  • Reducción
  • Precisan energía
  • Divergencia en los productos

Adenosín Trifosfato (ATP)

El ATP (Adenosín Trifosfato) es una molécula energética de los ésteres trifosfatados. Está formado por una molécula de adenina, una molécula de ribosa y tres grupos fosfato. Es la moneda energética universal de la célula.

Clasificación y Funciones de los Nutrientes

Clasificación de Nutrientes según su Función

• Energéticos: Carbohidratos y lípidos
• Plásticos: Proteínas
• Reguladores: Vitaminas y minerales
• Agua: Esencial para funciones generales del organismo.

Gasto Energético Corporal

El peso corporal es un indicador de un adecuado consumo de energía.

• GER (Gasto Energético en Reposo): Energía necesaria para mantener las funciones corporales normales y la homeostasis.
• GEB (Gasto Energético Basal): Es la cantidad mínima de energía compatible para mantener la vida.

Factores que Afectan el GER

• Talla
• Composición corporal
• Edad
• Sexo
• Estado hormonal

Macronutrientes

Hidratos de Carbono (Carbohidratos, Glúcidos o Azúcares)

Son compuestos orgánicos formados en su mayoría por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son sintetizados y transformados a la forma en que serán utilizados por el organismo: para uso directo como glucosa y para depósito como glucógeno. Una vez satisfechas las demandas, los excedentes pasan a formar tejido adiposo.

Son la fuente de energía más importante para nuestro cuerpo, representando el 40-80% del total de la energía requerida.

Clasificación por Digestibilidad

• Simples: Fruta, leche, pasteles.
• Complejos: Vegetales, pastas, legumbres.

Funciones de los Carbohidratos en el Cuerpo

1. Fuente energética: La energía derivada de la hidrólisis es utilizada para potenciar la contracción muscular y otras formas de trabajo biológico.
2. Ahorro de proteínas: En condiciones normales, las proteínas desempeñan un papel vital en el mantenimiento, reparación y crecimiento, y en menor grado, como fuente de energía.
3. Facilitador metabólico: Facilitan el metabolismo de las grasas. Un metabolismo insuficiente de hidratos de carbono (por agotamiento de glucógeno debido a dieta inadecuada o ejercicio prolongado) lleva a una mayor movilización de grasas, resultando en un metabolismo incompleto y acumulación de cuerpos cetónicos.
4. Combustible para el Sistema Nervioso Central (SNC): Son esenciales para su buen funcionamiento. En condiciones normales y en ayuno a corto plazo, el cerebro utiliza la glucosa sanguínea, ya que no tiene depósitos de este alimento.

Se acumulan como glucógeno en el hígado (para mantener los niveles de glucosa en sangre) y en los músculos (300-400 gr. en sedentarios, 700 gr. en deportistas), siendo una fuente de energía para la contracción muscular durante el ejercicio, especialmente cuando es intenso y mantenido.

Grasas y Aceites (Lípidos)

Son un extenso grupo de biomoléculas cuya característica principal es su insolubilidad en agua y solubilidad en solventes orgánicos. Son fuentes concentradas de energía y vehículo de vitaminas liposolubles. Constituyen una fuente de los ácidos grasos esenciales, que no pueden ser formados en nuestro cuerpo, pero están presentes como parte de las grasas insaturadas en los aceites vegetales. Fuentes importantes de lípidos incluyen: frutas secas, leche entera y sus derivados, aceites y carnes.

Clasificación Biológica de los Lípidos

• De depósito: Tejido subcutáneo, médula ósea y grasa de órganos en general.
• Estructurales: Fosfolípidos, Glicolípidos, Esteroles.

Funciones de los Lípidos

• Formación de hormonas.
• Eficaces aportadores de energía.
• Vehículo de vitaminas liposolubles.
• Aportadores de ácidos grasos esenciales.
• Componentes estructurales de membranas (incluyendo la membrana celular).

Ácidos Grasos Esenciales

• Alfa-linolénico u Omega-3: Se ubica en la retina, cerebro, etc. Fuentes: aceites de soya, pescados y mariscos, leche humana, algas, etc.

Proteínas

Las proteínas son biomoléculas de gran tamaño, formadas por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Su estructura está formada por largas cadenas lineales: los aminoácidos. Constituyen el 20% del peso corporal en el adulto.

Funciones Generales de las Proteínas

• Estructura
• Regulación del metabolismo
• Detoxificación
• Inmunidad
• Energía

Clasificación de los Aminoácidos

• Aminoácidos esenciales: Fenilalanina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, treonina, triptófano, valina.
• Aminoácidos no esenciales: (No listados en el documento original).
• Aminoácidos semiesenciales: Alanina, ácido aspártico, ácido glutámico, arginina, cisteína, cistina, citrulina, glicina, hidroxilisina, hidroxiprolina, histidina, prolina, serina, tirosina.

Balance Nitrogenado

Es la relación entre el nitrógeno proteico que perdemos y el que ingerimos. Un gramo de nitrógeno procede de 6,25 gramos de proteína. El nitrógeno se elimina a través de la orina (urea), por las heces y la piel.

Micronutrientes

Minerales

• Macrominerales (requerimientos mayores a 100 mg/día): Calcio, fósforo, potasio, azufre, magnesio, sodio.
• Microminerales u Oligoelementos (requerimientos menores a 20 mg/día): Hierro, zinc, selenio, yodo, cobalto, bromo, manganeso.

Vitaminas

Las vitaminas deben ser aportadas a través de la alimentación, puesto que el cuerpo no puede sintetizarlas. Una excepción es la vitamina D, que se puede formar en la piel con la exposición al sol, y las vitaminas K, B1, B12 y ácido fólico, que se forman en pequeñas cantidades en la flora intestinal.

Funciones Específicas de las Proteínas y Desnaturalización

Funciones Detalladas de las Proteínas

1. Función Enzimática: Las enzimas son biocatalizadores que permiten la producción de las reacciones metabólicas. Son específicas para cada reacción.
2. Función Hormonal: Las hormonas son sustancias producidas por una célula que, una vez secretadas, ejercen su acción sobre otras células dotadas de un receptor adecuado. Algunas hormonas de naturaleza proteica son:
   • Insulina
   • Glucagón
   • Hormona del crecimiento
   • Calcitonina
3. Función de Reserva: Constituyen una reserva de aminoácidos. Proteínas grandes, generalmente con grupos fosfato, sirven para acumular y producir energía si se necesita.
4. Función de Transporte: Los transportadores biológicos son siempre proteínas. Por ejemplo:
   • Transportadores de membrana
   • Transportadores sanguíneos
   • Transportadores intracelulares
5. Función Estructural: Son aquellas que forman parte del citoesqueleto, de la matriz extracelular, de membranas, etc.
6. Función de Defensa: En los vertebrados superiores, las inmunoglobulinas (anticuerpos) se encargan de reconocer moléculas u organismos extraños y se unen a ellos para facilitar su destrucción por las células del sistema inmunitario.
7. Función de Movimiento: Todas las funciones de motilidad de los seres vivos están relacionadas con las proteínas. Así, la contracción muscular y el movimiento de la célula mediante cilios y flagelos están relacionados con las proteínas que forman los microtúbulos.

Desnaturalización de Proteínas

La desnaturalización de proteínas es la pérdida de todas las estructuras de orden superior: es decir, estructuras secundaria, terciaria y cuaternaria.

Consecuencias Inmediatas de la Desnaturalización

• Disminución drástica de la solubilidad de la proteína, acompañada frecuentemente de precipitación.
• Pérdida de todas sus funciones biológicas.
• Alteración de sus propiedades hidrodinámicas.

Agentes Desnaturalizantes

• Físicos: Calor, radiaciones.
• Químicos:
  1. Detergentes
  2. Urea y guanidina a altas concentraciones
  3. Altas concentraciones de sal y extremos de pH
  4. Reactivos de grupos -SH

Etiquetas: Bioquímica, carbohidratos, metabolismo, nutrición