3.13: Conclusión del estudio de caso: dieta y resumen de capítulos

Conclusión del estudio de caso: dilema de la dieta

Después de leer este capítulo, deberías poder ver numerosas conexiones entre la química, la vida humana y la salud. En la situación de Mohinder, la química está involucrada en las razones por las que su padre tiene diabetes, por qué su riesgo personal de contraer diabetes es alto, y los diferentes cambios en la dieta que están considerando.

Figura\(\PageIndex{1}\): Frutas y yogur

Por ejemplo, la diabetes tipo 2 es causada principalmente por la falta de respuesta en el cuerpo a la hormona insulina, lo que provoca problemas en la regulación del azúcar en la sangre, o glucosa. La insulina es una hormona peptídica, y como has aprendido, los péptidos son cadenas de aminoácidos. Por lo tanto, la insulina está en la clase de compuestos bioquímicos llamados proteínas. Mohinder tiene un mayor riesgo de diabetes en parte porque hay un componente genético en la enfermedad. El ADN, que es un tipo de compuesto químico llamado ácido nucleico, se transmite de padres a sus crías y lleva las instrucciones para la producción de proteínas en unidades llamadas genes. Si hay un problema en un gen (o genes) que contribuye al desarrollo de una enfermedad, como la diabetes tipo 2, esto puede transmitirse a la descendencia y puede aumentar el riesgo de que ese niño contraiga la enfermedad.

Pero la genética es solo una parte de la razón por la que Mohinder tiene un mayor riesgo de diabetes. La obesidad en sí misma es un factor de riesgo y uno que puede ser compartido en familias debido a factores de estilo de vida compartidos como la mala alimentación y la falta de ejercicio, además de la genética. El consumo de demasiados carbohidratos refinados, como el pan blanco y la soda, también puede contribuir a la obesidad y al desarrollo de la diabetes. Como probablemente ahora sabrás, estos carbohidratos simples se descomponen más fácil y rápidamente en el sistema digestivo a glucosa que las moléculas de carbohidratos complejos más grandes, como las que se encuentran en las verduras y los granos integrales. Esto puede llevar a picos dramáticos en los niveles de azúcar en la sangre, lo que es particularmente problemático para las personas con diabetes porque tienen problemas para mantener su azúcar en sangre a un nivel seguro. Se puede entender por qué el padre de Mohinder limita el consumo de carbohidratos refinados, y de hecho, algunos estudios científicos han demostrado que evitar los carbohidratos refinados en realidad puede ayudar a reducir el riesgo de contraer diabetes en primer lugar.

El amigo de Mohinder recomendó comer una dieta baja en grasas y alta en carbohidratos para bajar de peso, pero puedes ver que qué tipo de carbohidrato —simple o complejo— es una consideración importante. ¡Comer mucho pan blanco y arroz puede no ayudar a Mohinder a reducir su riesgo de diabetes! Pero una dieta saludable que les ayude a perder peso puede disminuir su riesgo de diabetes ya que la obesidad en sí misma es un factor. Qué dieta específica funcionará mejor para ayudarlos a perder peso probablemente depende de una variedad de factores, incluida su biología, estilo de vida y preferencias alimentarias. Mohinder debe consultar con su médico sobre su dieta y plan de ejercicios para que su situación específica pueda ser tomada en cuenta y monitoreada por un profesional médico.

Beber suficiente agua suele ser un buen consejo para todos, especialmente si reemplaza las bebidas azucaradas como los refrescos. Ahora sabes que el agua es importante para muchas de las reacciones químicas que tienen lugar en el cuerpo.

Por último, probablemente ahora te des cuenta de que los “químicos” no tienen por qué dar miedo, sustancias tóxicas. Toda la materia consiste en productos químicos, incluido usted, agua y frutas y verduras frescas saludables, como las que se muestran arriba. Cuando las personas abogan por “comer limpio” y evitar los “productos químicos” en los alimentos, generalmente se refieren a evitar aditivos químicos sintéticos o artificiales, como los conservantes. Esta puede ser una forma saludable de comer porque implica comer una variedad de alimentos enteros, frescos y sin procesar. Pero no hay razón para temer a los químicos en general —son simplemente moléculas y cómo reaccionan depende de lo que sean, qué otras moléculas estén presentes y las condiciones ambientales que las rodean.

Resumen del Capítulo

A estas alturas, deberías tener una buena comprensión de los fundamentos de la química de la vida. Específicamente, has aprendido:

• Toda la materia consiste en sustancias químicas. Una sustancia química tiene una composición definida y consistente y puede ser un elemento o un compuesto.
• Un elemento es una sustancia pura que no se puede descomponer en otro tipo de sustancias.
  • Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que aún tiene las propiedades de ese elemento. Los átomos, a su vez, están compuestos por partículas subatómicas, incluyendo electrones negativos, protones positivos y neutrones neutros. El número de protones en un átomo determina el elemento que representa.
  • Los átomos tienen igual número de electrones y protones por lo que no tienen carga. Los iones son átomos que han perdido o ganado electrones por lo que tienen una carga positiva o negativa. Los átomos con el mismo número de protones pero diferentes números de neutrones se denominan isótopos.
  • Hay casi 120 elementos conocidos. La mayoría de los elementos son metales. Un número menor son no metales, incluyendo carbono, hidrógeno y oxígeno.
• Un compuesto es una sustancia que consiste en dos o más elementos en una composición única. La partícula más pequeña de un compuesto se llama molécula. Los enlaces químicos mantienen unidos los átomos de las moléculas. Se discutieron cuatro tipos de enlaces, enlace covalente polar, enlace de hidrógeno, enlace covalente no polar y enlace iónico.
  • En un enlace iónico, un átomo regala uno o más electrones a otro átomo.
  • En un enlace covalente, dos átomos comparten uno o más electrones. La distribución equitativa de electrones da lugar a un enlace covalente no polar, y la distribución desigual de electrones da lugar a un enlace covalente polar.
  • Las moléculas polares hacen enlaces de hidrógeno entre ellas y dentro de ellas mismas.
  • Un enlace químico es una fuerza de atracción entre átomos o iones. Los enlaces se forman cuando los átomos comparten o transfieren electrones de valencia.
  • Los átomos forman enlaces químicos para lograr un nivel de energía exterior completo, que es la disposición de electrones más estable.
• Los compuestos pueden formarse solo en reacciones químicas, y pueden descomponerse solo en otras reacciones químicas.
• Los compuestos bioquímicos son compuestos basados en carbono que se encuentran en los seres vivos. Constituyen células y otras estructuras de organismos y llevan a cabo procesos de vida. La mayoría de los compuestos bioquímicos son moléculas grandes llamadas polímeros que consisten en muchas unidades repetitivas de moléculas más pequeñas llamadas monómeros.
• Hay millones de compuestos bioquímicos diferentes, pero todos ellos se clasifican en cuatro clases principales: carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.
• Los carbohidratos son la clase más común de compuestos bioquímicos. Proporcionan energía a las células, almacenan energía y conforman estructuras orgánicas como las paredes celulares de las plantas. El componente básico de los carbohidratos es el monosacárido.
  • Los azúcares son carbohidratos de cadena corta que nos abastecen de energía. Los azúcares simples, como la glucosa, consisten en un solo monosacárido. Algunos azúcares, como la sacarosa, o el azúcar de mesa, constan de dos monosacáridos y se llaman disacáridos. Los disacáridos se forman con la reacción de condensación.
  • Los carbohidratos complejos, o polisacáridos, consisten en cientos o incluso miles de monosacáridos. Incluyen almidón, glucógeno, celulosa y quitina.
    • Las plantas elaboran almidón para almacenar energía y se descompone fácilmente en sus azúcares componentes durante la digestión.
    • El glucógeno es elaborado por animales y hongos para almacenar energía y juega un papel crítico en la homeostasis de los niveles de glucosa en sangre en humanos.
    • La celulosa es el compuesto bioquímico más común en los seres vivos. Forma las paredes celulares de las plantas y ciertas algas. Los humanos no pueden digerir la celulosa, pero constituye la mayor parte de la fibra dietética crucial en la dieta humana.
    • La quitina constituye estructuras orgánicas como las paredes celulares de los hongos y los exoesqueletos de insectos y otros artrópodos.
• Los lípidos incluyen grasas y aceites. Almacenan energía, forman membranas celulares y llevan mensajes.
  • Las moléculas lipídicas consisten principalmente en unidades repetitivas llamadas ácidos grasos. Los ácidos grasos pueden estar saturados o insaturados, dependiendo de la proporción de átomos de hidrógeno que contengan. Los animales almacenan la grasa como ácidos grasos saturados; las plantas almacenan la grasa como ácidos grasos insaturados.
  • Los tipos de lípidos incluyen triglicéridos, fosfolípidos y esteroides.
    • Los triglicéridos contienen glicerol (un alcohol) además de ácidos grasos. Los humanos y otros animales almacenan grasa como triglicéridos en las células grasas.
    • Los fosfolípidos contienen fosfato y glicerol además de ácidos grasos. Son el componente principal de las membranas celulares en todos los seres vivos.
    • Los esteroides son lípidos con una estructura de cuatro anillos. Algunos esteroides, como el colesterol, son componentes importantes de las membranas celulares. Muchos otros esteroides son hormonas.
• Las proteínas incluyen enzimas, anticuerpos y muchos otros compuestos importantes en los seres vivos. Tienen muchas funciones que incluyen ayudar a las células a mantener su forma, maquillar los músculos, acelerar las reacciones químicas y llevar mensajes y materiales.
  • Las proteínas están compuestas por pequeñas moléculas monoméricas llamadas aminoácidos.
  • Se forma un enlace peptídico entre dos aminoácidos cuando se unen en una reacción de síntesis de condensación. Las cadenas largas de aminoácidos forman polipéptidos. La secuencia de aminoácidos en los polipéptidos constituye la estructura primaria de las proteínas. La estructura secundaria se refiere a configuraciones tales como hélices y láminas dentro de las cadenas polipeptídicas. La estructura terciaria es la forma tridimensional general de una proteína, que controla la función básica de la molécula. Se forma una estructura cuaternaria si múltiples moléculas de proteína se unen y funcionan como un complejo.
  • La característica principal que permite las diversas funciones de las proteínas es su capacidad para unirse específica y estrechamente con otras moléculas.
• Los ácidos nucleicos incluyen ADN y ARN. Codifican instrucciones para hacer proteínas, ayudar a producir proteínas y pasar las instrucciones codificadas de padres a hijos.
  • Los ácidos nucleicos están construidos de monómeros llamados nucleótidos, que se unen en cadenas largas para formar polinucleótidos. El ADN consiste en dos polinucleótidos, y el ARN consiste en un polinucleótido.
  • Cada nucleótido consiste en una molécula de azúcar, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Los azúcares y los grupos fosfato de nucleótidos adyacentes se unen para formar la “cadena principal” del polinucleótido. Los enlaces entre bases complementarias mantienen unidas las dos cadenas de polinucleótidos del ADN y hacen que adquiera su característica forma de doble hélice.
  • El ADN conforma genes, y la secuencia de bases nitrogenadas en el ADN constituye el código genético para la síntesis de proteínas. El ARN ayuda a sintetizar proteínas en las células. El código genético en el ADN también se transmite de padres a hijos durante la reproducción, explicando cómo se pasan las características heredadas de una generación a la siguiente.
• Una reacción química es un proceso que transforma algunas sustancias químicas en otras. Una sustancia que inicia una reacción química se llama reactivo, y una sustancia que se forma en una reacción química se llama producto. Durante la reacción química, los enlaces se rompen en los reactivos y se forman nuevos enlaces en los productos.
• Las reacciones químicas pueden ser representadas por ecuaciones químicas. De acuerdo con la ley de conservación de la masa, la masa siempre se conserva en una reacción química, por lo que se debe equilibrar una ecuación química, con el mismo número de átomos de cada tipo de elemento en los productos que en los reactivos.
• Muchas reacciones químicas ocurren a nuestro alrededor cada día, como la oxidación del hierro y la descomposición de la materia orgánica, pero no todos los cambios son procesos químicos. Algunos cambios, como el derretimiento del hielo o el papel que se rompe en trozos más pequeños, son procesos físicos que no implican reacciones químicas y la formación de nuevas sustancias.
• Todas las reacciones químicas implican energía y necesitan energía de activación para comenzar. Las reacciones exergónicas liberan energía. Las reacciones endergónicas absorben energía.
• Las reacciones bioquímicas son reacciones químicas que tienen lugar dentro de los seres vivos. La suma de todas las reacciones bioquímicas en un organismo se conoce como metabolismo. El metabolismo incluye reacciones catabólicas, que son reacciones exotérmicas, y reacciones anabólicas, que son reacciones endotérmicas.
• La mayoría de las reacciones bioquímicas necesitan un catalizador biológico llamado enzima para acelerar la reacción reduciendo la cantidad de energía de activación necesaria para que comience la reacción. La mayoría de las enzimas son proteínas que afectan solo a una sustancia específica, llamada sustrato de la enzima.
• El agua es una molécula polar; por lo tanto, las moléculas de agua hacen enlaces de hidrógeno entre ellas. Debido a esta propiedad el agua existe como líquido en un amplio rango de temperaturas y disuelve muchas sustancias. Estas propiedades dependen de la polaridad del agua, lo que hace que las moléculas de agua se “peguen” entre sí.
• Los organismos necesitan agua para disolver muchas sustancias y para la mayoría de los procesos bioquímicos, incluyendo la fotosíntesis y la respiración celular.
• Una solución es una mezcla de dos o más sustancias que tiene la misma composición en todas partes. Muchas soluciones consisten en agua y una o más sustancias disueltas.
• La acidez es una medida de la concentración de iones hidronio en una solución. El agua pura tiene una concentración muy baja y un pH de 7, que es el punto de neutralidad en la escala de pH. Los ácidos tienen una mayor concentración de iones hidronio que el agua pura y un pH inferior a 7. Las bases tienen una menor concentración de iones hidronio que el agua pura y un pH superior a 7.
• Muchos ácidos y bases en los seres vivos se secretan para proporcionar el pH adecuado para que las enzimas funcionen correctamente.

Ahora que entiendes la química de las moléculas que componen los seres vivos, en el siguiente capítulo aprenderás cómo estas moléculas conforman la unidad básica de estructura y función en los organismos vivos —las células— y podrás entender algunas de las reacciones químicas cruciales que ocurren dentro de las células.

Revisión de resumen del capítulo

1. Las cuatro clases principales de compuestos bioquímicos son carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Para cada una de las sustancias siguientes, identifique cuál de estas clases incluye la sustancia.
   1. Enzimas
   2. Fructosa
   3. ADN
   4. RNA
   5. Esteroides
2. La fórmula química para el complejo glucógeno carbohidrato es C24H42O21.
   1. ¿Cuáles son los elementos en el glucógeno?
   2. ¿Cuántos átomos hay en una molécula de glucógeno?
   3. ¿El glucógeno es un ion? ¿Por qué o por qué no?
   4. ¿El glucógeno es un monosacárido o polisacárido? Además de memorizar este hecho, ¿cómo lo sabrías a partir de la información de la pregunta?
   5. ¿Cuál es la función del glucógeno en el cuerpo humano?
3. ¿Cuál es la diferencia entre un ion y una molécula polar? Da un ejemplo de cada uno en tu explicación.
4. Definir monómero y polímero.
5. Para cada uno de los siguientes polímeros, identifique el nombre de sus monómeros.
   1. RNA
   2. Proteína
   3. Carbohidrato complejo
6. ¿Cuál es la diferencia entre una proteína y un polipéptido?
7. Las personas con diabetes tienen problemas para controlar el nivel de glucosa en su torrente sanguíneo. Sabiendo esto, ¿por qué crees que a menudo se recomienda que las personas con diabetes limiten su consumo de carbohidratos?
8. Identificar cada una de las siguientes reacciones como endergónicas o exergónicas.
   1. Respiración celular
   2. Fotosíntesis
   3. Reacciones catabólicas
   4. Reacciones anabólicas
9. La pepsina es una enzima en el estómago que nos ayuda a digerir las proteínas. Responde las siguientes preguntas sobre la pepsina.
   1. ¿Cuál es el sustrato para la pepsina?
   2. ¿Cómo funciona la pepsina para acelerar la reacción de la digestión de proteínas?
   3. Dado lo que sabes sobre la estructura de las proteínas, ¿cuáles crees que son algunos de los productos de la reacción que cataliza la pepsina?
   4. El estómago es normalmente ácido. ¿Qué crees que pasaría con la actividad de la pepsina y el efecto sobre la digestión proteica si el pH se eleva significativamente?
10. ¿Qué define un pH neutro? ¿Cuál es el valor numérico de un pH neutro?
11. Verdadero o Falso. Los ácidos grasos insaturados tienen cadenas rectas.
12. Verdadero o Falso. El código de ADN lleva instrucciones para la secuencia correcta de ácidos nucleicos en una proteína.
13. Verdadero o Falso. Los fosfolípidos conforman las membranas celulares.
14. La función de las proteínas puede incluir
    1. ayudar a las células a mantener su forma
    2. ayudando a destruir sustancias extrañas
    3. acelerar las reacciones bioquímicas
    4. todo lo anterior
15. ¿Cuál de los siguientes no es parte de un nucleótido?
    1. base nitrogenada
    2. molécula de celulosa
    3. molécula de azúcar
    4. grupo fosfato
16. El “empuje” necesario para iniciar una reacción química es el
    1. energía enzimática
    2. energía endotérmica
    3. energía de activación
    4. energía reactiva

Atribuciones

1. Dieta de proteína de suero de soja por Peggy Greb, USDA ARS, dominio público vía Wikimedia Commons
2. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0