En la unidad previa, aprendiste que el petróleo no es solo encendido como gasolina, pero es también el material crudo para la manufactura de muchos productos
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EXTENDIENDO TU CONOCIMIENTO (OPCIONAL) Foto: ¡Luce bien pero piensa en las Calorías!
Seguridad: Tan Americano Como un Pay de Manzana Por Jean Frances Henry Reportero de apoyo del Heraldo de Watsonville Tomamos por aceptado que la comida que comemos en los restaurantes locales es segura de comer – si no siempre tan buena como la de mamá. Gracias al trabajo de los especialistas en salud ambiental tales como Alicia Enriquez, los ciudadanos del condado de Santa Clara pueden comer y beber con confianza. Alicia exige al Estado de California, a la salud local y a los decretos de seguridad que salvaguarden a los usuarios de cafés y restaurantes locales. Ella también asegura la seguridad de las albercas públicas, manantiales, y sistemas sépticos privados. Otro aspecto de su trabajo es ejecutar programas de conciencia comunitaria y educación superior. Otros especialistas de salud ambiental exigen códigos de salud y seguridad y desarrollan programas educativos en otras áreas, incluyendo substancias tóxicas y control de desperdicios, respuesta a desastres, protección de la calidad del aire y del agua, y salud ocupacional. Alicia empieza su día temprano. Ella completa reportes diarios, responde mensajes telefónicos del público y sus clientes. Luego Alicia responde a las quejas y solicitudes del consumidor, y conduce inspecciones de rutina. Ella visita una variedad de establecimientos tales como restaurantes, tiendas de licores, bares, tiendas de ultramarinos, albercas, manantiales de salud, o aún residencias privadas. Cuando Alicia inspecciona una alberca o manantial, ella desempeña pruebas químicas para revisar por condiciones insalubres tales como altos niveles de cloro o pH demasiado ácido o alcalino. En los establecimientos de comida, Alicia supervisa el manejo y preparación de alimentos, verifica los propios métodos de sanidad de platos y utensilios, investiga plagas de insectos o roedores, examina técnicas de etiquetado, e inspecciona almacenamiento de materiales peligrosos. Si Alicia encuentra que ciertos artículos de comida están contaminados o maltratados, ella está autorizada a tener la comida destruida. Ella presenta inmediatamente su reporte siguiendo la inspección. Al establecimiento le es dado tiempo para hacer los ajustes que reúnan los requerimientos legales mínimos. Si el establecimiento no obedece, Alicia sigue acción legal emitiendo un citatorio o suspendiendo el permiso de salud del establecimiento. El operador y los empleados de un establecimiento dado pueden no obedecer debido a que tienen dificultad en entender las técnicas adecuadas del manejo de alimentos y las leyes de salud públicas. En ese caso, Alicia revisa los procedimientos adecuados, distribuye manuales educacionales (algunos de los cuales son traducidos en cuatro diferentes idiomas), y conduce clases de manejo de alimentos. Un especialista en salud ambiental debería tener un respaldo en Biología, especialmente microbiología; Química, especialmente en agua y química del agua de desecho; Toxicología; Ecología; Física; y salud ambiental. Ellos usan estas técnicas para combinar sus observaciones en el campo con ciencia y ley para determinar tanto si ahí esta una amenaza a la salud y bienestar del público, y tomar medidas para eliminar cualesquier amenazas. C ALIMENTOS: LAS MOLÉCULAS CONSTRUCTORAS Tu masa corporal es aproximadamente 60% agua y 20% grasa. El restante 20% consiste principalmente de proteínas, carbohidratos, y compuestos relacionados y los principales elementos del hueso calcio y fósforo. En los Estados Unidos, las generaciones recientes tienen, en promedio, un desarrollo más alto que sus familiares. La mejor nutrición es altamente responsable de este cambio. Nuestros genes determinan que tan alto podemos crecer, pero la nutrición determina –al menos en parte– la estatura actual. En las siguientes secciones explorarás los nutrientes alimento como moléculas constructoras. Pronto descubrirás la importancia crucial de la proteína como un constructor del cuerpo. C.1 LOS ALIMENTOS COMO REACCIONADORES QUÍMICOS La Bioquímica es la rama de la Química que estudia las reacciones químicas en los sistemas vivientes. Tales procesos son raramente simples. Considera la extracción del cuerpo de energía de disacáridos y polisacáridos. Estos carbohidratos son desglosados por la digestión en glucosa, C6H12O6, la substancia principal usada para energía en más sistemas vivientes. Foto: Mucho de la respiración celular tiene lugar en la mitocondria. Esta foto muestra detalles de un simple mitocondrion bajo un microscopio electrónico. La reacción total para extraer energía de la glucosa por quemado es la misma en el cuerpo como esa es sobre un banco de laboratorio en la presencia de aire. Obviamente, la glucosa no es quemada con una flama dentro del cuerpo. No solamente mucha de la energía escaparía inutilmente como calor, sino las temperaturas resultantes matarían células. Todavía en un sentido de que la reacción de encendido sucede continuamente dentro de cada célula humana, en unas series de al menos veintidós reacciones químicas relacionadas o pasos conocidos como respiración celular. Este proceso–y casi cada otra reacción bioquímica– puede tener lugar en el cuerpo sólo con la asistencia de una clase de moléculas llamadas enzimas. Las enzimas pueden ser imaginadas como moléculas “trabajador diestro” del cuerpo. Ellas ayudan a hacer y romper enlaces químicos interactuando con ciertas moléculas, sólo tan selectivamente como la llave correcta interacciona con su candado. Las enzimas son catalizadores – compuestos que ayudan a que sucedan las reacciones químicas incrementando sus tasas de reacción. C.2 LIMITANDO REACCIONADORES Las reacciones que tienen lugar en el cuerpo, particularmente esas que construyen, requieren la presencia de un grupo completo de ingredientes, o reaccionadores. En suma, deben estar suficientes reaccionadores para completar la reacción. La situación es como colectar ingredientes para hornear un pastel. Considera esta receta de pastel: 2 tazas de harina 1 ½ cucharas de mesa de polvo para hornear 2 huevos 1 taza de agua 1 taza de azúcar 1/3 de taza de aceite La combinación de estos ingredientes producirá un pastel. Ahora supón que en la cocina encontramos 14 tazas de harina, 4 huevos, 9 tazas de azúcar, 15 cucharas de mesa de polvo para hornear, 10 tazas de agua, y 3 1/3 tazas de aceite. ¿Cuántos pasteles pueden ser horneados? Bien, catorce tazas de harina es suficiente para siete pasteles (dos tazas de harina por pastel). Y ahí está suficiente azúcar para nueve pasteles (una taza de azúcar por pastel). Las provisiones de polvo de hornear, agua, y aceite son suficientes para 10 pasteles confirma esto con la receta). Todavía no podemos hacer 7, 9, o 10 pasteles con los ingredientes disponibles. ¿Por qué?. Tenemos solamente cuatro huevos, o solamente suficiente para dos pasteles. La provisión de huevo ha limitado el número de pasteles que podemos hornear. Las cantidades excesivas de los otros reaccionadores (harina, azúcar, polvo para hornear, agua, aceite) simplemente permanecen sin utilizar. Si queremos hornear más pasteles, ¡tenemos que hallar más huevos!. En términos químicos, los huevos en nuestro ejemplo de hacer un pastel serían llamados reaccionador límite (o reagente límite). El reaccionador límite es la sustancia inicial que llega a ser usada primero cuando sucede una reacción química. Controla cuanto más (o cuánto menos) producto puede ser formado. TU TURNO Reaccionadores límite
En reacciones químicas, lo mismo que en los recipientes, las substancias individuales reaccionan en ciertas cantidades preparadas. Estas cantidades relativas son indicadas en ecuaciones químicas. Vamos a considerar la ecuación para la oxidación de la glucosa. Primero, la ecuación puede ser interpretada en términos de una molécula de glucosa: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía 1 Molécula 6 Moléculas 6 Moléculas 6 Moléculas de Glucosa de Oxígeno de dióxido de Agua de Carbono Supón que tenemos 10 moléculas de glucosa y 100 moléculas de oxígeno. ¿Cuál substancia sería el reactivo límite en esta reacción? La ecuación nos dice que cada molécula de glucosa requiere seis moléculas de oxígeno. Así 10 moléculas de glucosa requerirían 60 moléculas de oxígeno para completar la reacción. Sin embargo, 100 moléculas de oxígeno están disponibles–¡lo cual es más de lo que necesitamos!. Las 10 moléculas de glucosa reaccionarán con 60 de éstas moléculas de oxígeno, y 40 moléculas de oxígeno serán pospuestas. Desde que la glucosa es primero utilizada completamente, está es el reactivo límite. Una vez que las 10 moléculas de glucosa son consumidas, la reacción se detiene. Glucosa adicional sería necesaria para continuarla. La noción de reactivo límite se aplica igualmente bien a los sistemas vivientes. Una escasez de un nutriente clave o reactivo puede afectar severamente el crecimiento o salud de plantas y animales. En muchos procesos bioquímicos, un producto de una reacción llega a ser reactivo para otras reacciones. Si una reacción para debido a un reactivo límite, todas las reacciones siguientes también se detendrán. Producir glucosa de proteína en mucho menos energía–eficiente, que producir glucosa de carbohidratos. Pero tu cuerpo usará la proteína en esta manera si es necesario. Afortunadamente, en algunos casos senderos de reacción alternos están disponibles. Hemos dicho ya que si la provisión de glucosa del cuerpo es vaciada, el metabolismo de la glucosa no puede suceder. Un respaldo del sistema oxida la grasa de las reservas del cuerpo en lugar de la glucosa. O más drástico, la proteína puede ser derribada y usada para energía hasta que la glucosa esté nuevamente disponible para el cuerpo. TU TURNO Reactivos límitantes: Reacciones químicas Una ecuación química puede ser interpretada no sólo en términos de moléculas, sino también en términos de moles y gramos. (Ver página 126). La reacción puede ser reescrita en términos de moles de todos los reactivos y productos: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energía 1 mol de 6 mol de 6 mol de 6 mol de glucosa moléculas de dióxido de agua oxígeno carbono Finalmente, podemos usar masas molares para convertir estos valores mole a gramos. Esta interpretación entonces emplea: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energía 180 g 192 g 264 g 108 g Aquí está un ejemplo de cómo estas masas fueron obtenidas: Una mole de agua tiene una masa de 18.0 g. Seis moles de agua tendrían una masa seis veces más grande que esto:
Si necesitamos quemar sólo 90 g de glucosa–la mitad de la masa mostrada arriba– entonces sólo 96 g de oxígeno serían necesarios–la mitad de la masa mostrada. Si tenemos 90 mg de glucosa, 96 mg de oxígeno serían requeridos para reaccionar con toda la glucosa. Tales relaciones pueden ser usadas para identificar el reactivo límite. E  l amoníaco (NH3) es un fertilizante importante y es utilizado para producir otros fertilizantes. Es hecho comercialmente por la siguiente reacción:
Los senderos de reacción alterna no son una solución permanente al vaciado de la glucosa, sin embargo. Si el consumo de un nutriente es consistentemente bajo del que requiere el cuerpo, ese nutriente puede llegar a ser un reactivo limitante en los procesos bioquímicos vitales. Los resultados pueden afectar fácilmente la salud de uno. Las plantas también deben consumir nutrientes esenciales para soportar su crecimiento y metabolismo. Por ejemplo, los nutrientes para el alga deben incluir carbono, nitrógeno, y fósforo. Para cada 41 g. de carbono, el alga requiere 7 g de nitrógeno y 1 g de fósforo. Si cualquiera de éstos elementos está en poca provisión, llega a ser un reactivo limitante y afecta el crecimiento del alga. El alga a menudo contamina lagos y arroyos que contienen demasiado nitrógeno y fósforo. En el siguiente Tu turno compararás reactivos limitantes en sistemas humanos y vegetales. Foto: Sin agua y nutrientes esenciales, los cultivos no pueden vivir. TU TURNO Reactivos Limitantes: Vegetales y Humanos La Tabla 4 lista 22 elementos actualmente conocidos de ser requeridos en alguna cantidad para sostener la vida humana. Los minerales pizca estan presentes en niveles de 1 ppm o menos. Altas concentraciones pueden ser tóxicas. Para comparación una lista de nutrientes necesarios para el crecimiento de cultivos agrícolas comunes, tales como el maíz y el trigo, está dada en la Tabla 5. Los cultivos no pueden crecer adecuadamente a menos que tengan nutrientes disponibles y en cantidades suficientes. Eso significa que los granjeros deben considerar reactivos limitantes en su producción de cultivo.
  Más fertilizantes comunes contienen nitrógeno, fósforo, y potasio. Figura 7 La etiqueta de un suplemento alimenticio común. C.3 PROTEÍNAS La proteína ha sido descrita como el material primario de toda vida. Las proteínas son los principales componentes estructurales del tejido vivo. Cuando miras a otra persona, cada cosa que tú vez es proteína: piel, cabello, globos oculares, uñas. Dentro del cuerpo, huesos y cartílago, tendones, y ligamentos todo contiene proteína, como las plumas de los pájaros y la piel, pezuñas y cuernos de animales. En suma, más moléculas enzima que ayudan a controlar las reacciones químicas en la célula son proteínas. La palabra “proteína” viene de la palabra griega proteios, la cual significa “de primera importancia”. La tabla 6 lista sólo unos pocos de los roles principales de las proteínas en el cuerpo humano. La proteína es constantemente necesitada para nuevo crecimiento y mantenimiento del tejido existente. Por ejemplo, las células de sangre roja deben ser remplazadas cada mes. Las células que arrugan el sistema intestinal son remplazadas semanalmente. Cuando nos bañamos limpiamos células muertas de la piel. Las proteínas son polímeros construidos de pequeñas moléculas llamadas amino ácidos. Cada amino ácido contiene carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno; algunos contienen también azufre. Al igual que las moléculas de azúcar están construyendo bloques para carbohidratos más complejos, 20 diferentes amino ácidos son las unidades estructurales de todas las proteínas. Las proteínas están compuestas de largas cadenas de amino ácidos; las proteínas tienen pesos moleculares de 5000 a muchos millones. Al igual que las 26 letras de nuestro alfabeto se combinan en diferentes maneras para formar cientos de miles de palabras, los 20 amino ácidos pueden combinarse en un número virtualmente infinito de modos para formar proteínas diferentes. Todos los amino ácidos tienen características estructurales similares, como está demostrado en la figura 8.  Dos grupos funcionales, el grupo amino ( - NH2) y el grupo carboxil ( - COOH), son encontrados en cada molécula amino ácido. Foto Construyendo la proteína del cuerpo. La combinación de dos moléculas amino ácido con pérdida de una molécula de agua, como está ilustrado en la figura 9, es una típica reacción de condensación. Como el almidón, el nylon, y el polyester (ver página 204), las proteínas son polímeros de condensación. Prueba tu destreza como un “arquitecto molecular” en la siguiente actividad de construcción de proteína. Figura 8 Amino ácidos representativos. F  igura 9 Formación de un dipéptido de dos aminoácidos. Todas las proteínas contienen aminoácidos vinculados en esta forma.  Figura 10 Formación de un vínculo péptido. Cada amino ácido puede formar vínculos péptidos con otros dos amino ácidos.  TU TURNO Estructura Molecular de Proteínas
b. Encierra en un círculo e identifica los grupos funcionales en cada molécula. c. ¿Cómo difieren las dos moléculas?
 La formación de un vínculo péptido es mostrada en mayor detalle en la Figura 10. Desde que cada amino ácido contiene por lo menos un grupo amina y un grupo carboxil, puede formar un vínculo péptido en cualesquiera de los dos, o ambos, extremos. Con las Figuras 9 y 10 como modelos, completa lo siguiente:
Cuando los alimentos conteniendo proteína alcanzan tu estómago y pequeño intestino, los vínculos péptidos entre los amino ácidos son fragmentados por enzimas conocidas como proteasas. Los amino ácidos separados luego viajan a través de los muros intestinales al torrente sanguíneo, al hígado y luego al resto del cuerpo. Allí ellos están construyendo bloques para nuevas proteínas para satisfacer las necesidades del cuerpo. Si comes más proteína de la que tu cuerpo necesita–o, alternativamente, si tu cuerpo necesita quemar proteína debido a que los carbohidratos están cortos en provisión – los amino ácidos reaccionan en el hígado. Allí los átomos de nitrógeno son removidos y convertidos en urea, la cual es excretada a través de los riñones en orina. (Esto ayuda a explicar por qué una dieta alta en proteína coloca una carga extra en el hígado y los riñones de uno).El restante de la molécula de amino ácido es convertido en glucosa y quemado, o transformado para almacenar grasa. El cuerpo humano puede sintetizar 12 de los 20 amino ácidos. Los otros ocho, llamados amino ácidos esenciales, deben ser obtenidos de la proteína en la dieta. Si un amino ácido esencial está en corta provisión en la dieta, puede llegar a ser un reactivo limitante en construir cualquier proteína conteniendo ese amino ácido. Cuando esto ocurre, la única manera en la que el cuerpo puede hacer esa proteína es destruyendo una de sus propias proteínas que contiene el amino ácido limitante. Los amino ácidos esenciales Isoleucina Fenilalanina Leucina Treonina Lisina Triptofano Metionina Valina Histidina (para niños) Más proteínas animales contienen todos los ocho amino ácidos esenciales en las cantidades necesarias. Cualquier proteína que contenga suficiente de todos los amino ácidos esenciales es llamada una proteína completa. Las proteínas vegetales y algunas proteínas animales están incompletas; no contienen cantidades adecuadas de todos los ocho amino ácidos esenciales. Aunque ninguna proteína vegetal simple puede proveer cantidades adecuadas de todos los amino ácidos esenciales, ciertas combinaciones de proteínas vegetales pueden. Tales combinaciones de alimentos, los cuales son dichos de contener proteínas complementarias (ver Tabla 7), forman una parte de muchas dietas en varias partes del mundo.  Debido a que tu cuerpo no puede almacenar proteína, una dieta balanceada de proteína es requerida diariamente. La cantidad de proteína recomendada diariamente es el 15% del total de Calorías diarias. Demasiada proteína es tan dañina como demasiado poca debido a que el exceso de proteína causa presión sobre el hígado y los riñones, órganos que metabolizan proteína. Demasiada proteína también incrementa la excreción de los iones de calcio (Ca2+)los cuales son importantes en la transmisión nerviosa y en la estructura de huesos y dientes. Una dieta pesada de proteína puede aún causar deshidratación, un problema particularmente importante para los atletas. Las proteínas son más comentadas en la unidad Riesgo. Las Subvenciones Diarias Recomendadas especificadas están basadas sobre actuales estaturas y pesos medios para la población de los Estados Unidos de edad y sexo designados, como en la Tabla 8. El uso de estas figuras no implica que los radios estatura a peso son ideales.  ¿Cuánta proteína es realmente necesaria? El Consejo de Comida y Nutrición de la Academia Nacional de Ciencias ha establecido subvenciones diarias recomendadas (RDAs por sus siglas en inglés) para todos los nutrientes requeridos, incluyendo proteína. (Ver Tabla 8.) Usa información de la tabla para el siguiente Tu Turno. TU TURNO Proteína en la Dieta
¿Por qué los valores SDR de proteína por libra de peso corporal deberían ser más altos para los bebés, y llegar a ser progresivamente más bajos como una persona crece?
La leche materna ha sido llamada el alimento casi perfecto. Contiene carbohidrato, grasa, y proteína; contiene cantidades adecuadas de todos los amino ácidos esenciales; y es rico en vitaminas. Es también una valiosa fuente de calcio. La leche de vaca sola o en la forma de numerosos productos diarios, es también un alimento común para la gente de todas las edades. En la siguiente actividad de laboratorio tú analizaras la leche sin grasa para encontrar cuánta proteína, carbohidrato, y energía estimada contiene actualmente. C.4 ACTIVIDAD DE LABORATORIO: ANÁLISIS DE LECHE Poniéndose listos En ésta actividad de laboratorio, determinarás el porcentaje de proteína. Carbohidrato, y agua en leche sin grasa. Una vez que la composición de la leche ha sido determinada, calcularás su valor energético. Entonces compararás tus resultados de laboratorio con valores aceptados de leche sin grasa. El análisis de leche será llevado a cabo durante dos sesiones de clase. Primero separarás la proteína de la leche sin grasa precipitando la proteína y filtrando fuera el sólido. Entonces la cantidad de agua en la leche sin grasa será encontrada evaporando el agua y pesando el residuo restante de leche. Calcularás el porcentaje de carbohidrato por diferencia – eso es, una vez que sepas el porcentaje de proteína y agua, asumirás que el resto es carbohidrato. Procedimiento, Día 1 |
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