Bioquimica

BIOQUÍMICA DE LA RESPIRACIÓN

La respiración comprende el acceso de O2 a las células, su utilización en los procesos de oxidación y su eliminación en forma de CO2.

En los organismos la respiración consta de tres etapas:

1. La respiración externa: introducción del aire a los pulmones y su difusión a los alvéolos.

2. El transporte del oxígeno: desde los pulmones hasta las células y el del CO2 producido en éstas por el camino inverso a los pulmones.

3. La respiración interna: la difusión de los gases en las células y la oxidación de los metabolitos para formar H2O y CO2.

CUADRO DE LA CONCENTRACION DE LOS GASES EN SANGRE

Contenido de oxígeno, bióxido de carbono y nitrógeno en la sangre arterial y venosa, en comparación con la cantidad disuelta en el agua, expresado en volúmenes por ciento.

O2 CO2 N2

Sangre arterial 19 50 0.9

Sangre venosa 13 56 0.9

Agua en equilibrio con aire alveolar 0.3 2.6 0.9

SOLUCION DE LOS GASES

La tendencia del gas a salir del líquido se denomina tensión del gas.

En una mezcla de gases la presión total está formada por la suma de las presiones parciales "p" de la mezcla.

La cantidad de gas disuelto en un líquido es directamente proporcional a su presión parcial en la mezcla.

MOVIMIENTO DE LOS GASES EN EL ORGANISMO

El paso de gases de un lado a otro de las membranas pulmonares o celulares se debe primordialmente a dos factores:

1. Las diferencias de la presión del gas entre un lado y otro de la membrana.

2. Las diferencias en la capacidad de combinación de los componentes sanguíneos con el O2 y el CO2 debidas a cambios del pH.

La pO2 en el aire alveolar, a nivel del mar, es de 107 mm de Hg y en la sangre venosa de la arteria pulmonar, de 40 mm de Hg. La diferencia a favor de la pO2 en el aire alveolar fuerza el paso de O2 del aire a la sangre. Se presenta una situación inversa entre la pCO2 de la sangre venosa al llegar a los tejidos (46 mm de Hg) y la del aire alveolar, con 36 mm de Hg, o sea el CO2 pasa de la sangre al aire.

COMPOSICIÓN DEL AIRE ALVEOLAR, INSPIRADO Y ESPIRADO (A NIVEL DEL MAR)

Composición del aire alveolar, del aire inspirado y del aire espirado en milímetros de Mercurio (a nivel del mar).

Aire Aire Aire

Inspirado Espirado Alveolar

Oxígeno 158 116 101

Bióxido de Carbono 0.3 28 40

Nitrógeno 596 598 571

Vapor de Agua 5 47 47

TRANSPORTE DE OXÍGENO

El componente transportador del oxígeno es la hemoglobina, cuya capacidad de combinarse con el oxígeno para formar oxihemoglobina depende de diversos factores, entre los cuales destacan: pO2, la pCO2, el pH y la concentración de 2-3 bisfosfoglicerato.

La hemoglobina sin oxígeno = Hb =desoxihemoglobina.

La hemoglobina con oxígeno = HbO2 = oxihemoglobina.

PAPEL DE LA PCO2 Y EL PH

Si la pCO2 es baja, la hemoglobina se satura a baja pO2, lo que provocaría que se dificultara el paso del oxígeno a los tejidos. El efecto del CO2 es el aumento de la [H+]; la acidez hace más débil la unión entre el oxígeno y el hierro de la hemoglobina.

En los pulmones donde la pCO2 es baja, la afinidad de la sangre por el oxígeno es más alta y capta oxígeno con mayor facilidad.

Por el contrario, en los tejidos donde la pCO2 es muy alta y la pO2 es muy baja, la hemoglobina libera el oxígeno con gran facilidad.

RELACIÓN ENTRE LA PO2, PCO2 Y LA SATURACIÓN DE LA HB

EFECTO DEL 2,3-BISFOSFOGLICERATO

El 2,3-bisfosfoglicerato, baja 26 veces la afinidad del oxígeno por la hemoglobina.

La adaptación del ser humano a las grandes alturas, se debe a un aumento del 2,3-bisfosfoglicerato.

CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LA HEMOGLOBINA

En estado normal un hombre utiliza 250 ml de oxígeno por minuto; el ejercicio suele elevar el requerimiento hasta 2500 ml por minuto.

Un gramo de hemoglobina se combina con 1.34 ml de O2; por lo tanto con un promedio de 16 gr de hemoglobina por 100 ml de sangre, se captan unos 20 ml de O2.

MIOGLOBINA Y HEMOGLOBINA FETAL

Los músculos utilizan una gran cantidad de oxígeno, lo cual se facilita por medio de la proteína Mioglobina.

La mioglobina actúa como una reserva de oxígeno; a pO2 la mioglobina aun conserva su oxígeno, cuando la hemoglobina en estas condiciones pierde buena parte de su oxígeno.

La hemoglobina fetal, inmunológica y químicamente muy característica, funciona como la mioglobina.

TRANSPORTE DE BIÓXIDO DE CARBONO

El hombre normal produce diariamente 500 l de CO2, transportados en la sangre como H2CO3 o su forma iónica, HCO3.

El CO2 de la sangre proveniente de los tejidos es transportado, en muy pequeña proporción (3% del total) en forma de solución verdadera de CO2.

En los eritrocitos, a donde entra por difusión, el CO2 es rápidamente hidratado por la enzima anhidrasa carbónica, para ser convertido en H2CO3.

El CO2 puede estar en la sangre en forma de compuestos carbamino a partir de su unión con grupos amino alifático.

EFECTO AMORTIGUADOR DE LA HEMOGLOBINA

La hemoglobina tiene capacidad amortiguadora pues puede captar H+ al perder el oxígeno.

La hemoglobina oxigenada es un ácido más fuerte que la hemoglobina no oxidada, por tener más facilidad para liberar los H+.

En el pulmón, la mayor disponibilidad del oxígeno y la baja concentración de protones coinciden para oxigenar a la hemoglobina. En los tejidos, la menor disponibilidad de oxígeno y la producción de protones fuerzan a la hemoglobina a perder su oxígeno.

DESVIACIÓN ISOHÍDRICA

Se denomina así a un movimiento de iones favorecedor de la captación de CO2 sin modificaciones importantes del pH.

REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN

La profundidad y la velocidad de los movimientos respiratorios están regidas por el centro respiratorio del bulbo raquídeo, cuya actividad es modificada por las presiones de CO2 y de O2 de la sangre, e indirectamente por el pH, cuando cambia la cantidad de H 2 CO3.

El alza de la pCO2, como en la asfixia con disminución de la cantidad de O2 y exceso de CO2, provoca hiperepnea, o aumento de la profundidad de las respiraciones; si el CO2 sube demasiado, se deprimen las funciones respiratorias y cardiacas y puede sobrevenir la muerte.

Otro factor regulador es el CO2 a través del cuerpo carotídeo y del seno aórtico: el aumento de la pO2 deprime el centro respiratorio.

RESPIRACIÓN EN LAS GRANDES ALTURAS

La presión barométrica y por lo tanto la pO2 en las grandes alturas, disminuye progresivamente; a 10,000 metros de altura la pO2 es de 40 mm de Hg, o sea, de su valor al nivel del mar. La sangre arterial, en estas condiciones, esta menos saturada con respecto al oxígeno. Si el cambio se hace rápidamente, es necesario administrar oxígeno a presión para evitar síntomas de anoxia. Si el traslado se hace lentamente, el ajuste se logra a través del aumento de la cantidad de hemoglobina alcanzando cifras de 20 a 25 gr. por 100 ml.; además eleva la concentración del 2,3-bisfosfoglicerato en el glóbulo rojo y disminuye la afinidad del oxígeno por la hemoglobina, liberándolo ésta con mayor facilidad a nivel tisular.

BIOQUIMICA DE LA FERMENTACION

La fermentación alcohólica es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono (por regla general azúcares: como por ejemplo la glucosa, la fructosa, la sacarosa, el almidón, etc.) para obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH), dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico. El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas alcohólicas, tales como el vino, la cerveza, la sidra, el cava, etc.1 Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible.2 3

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso las levaduras obtienen energía disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y dióxido de carbono

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