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BIOLOG A MENCI N

BM-03

B I O M O L É C U L A S I

ESTRADIOL TESTOSTERONA


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INTRODUCCIÓN

Al analizar la composición de una célula procariota, como por ejemplo Escherichia coli intestinal,encontraríamos que el componente principal es el agua y que después de ésta se encuentrangrandes cantidades de macromoléculas, cantidades menores de monómeros precursores de lasmacromoléculas y varios iones inorgánicos. De hecho, el 96% del peso seco de una célula esdebido a las macromoléculas y, dentro de éstas, las proteínas son las más abundantes.

Las proteínas son polímeros cuyos monómeros son los aminoácidos. Los ácidos nucleicos sonpolímeros de nucleótidos encontrándose en la célula dos tipos, ácido desoxirribonucleico (ADN) yácido ribonucleico (ARN). Después de las proteínas, el ARN es el tipo de macromolécula másabundante en una célula procariota en crecimiento. Los ácidos grasos son los principalesconstituyentes de los lípidos , éstos tienen propiedades hidrofóbicas y funciones importantes en laestructura de las membranas y como depósitos de almacenamiento de carbonos reducidos. Lospolisacáridos son polímeros compuestos por azúcares y están presentes fundamentalmente en lapared celular; no obstante, como en caso de los lípidos, existen polisacáridos como el glucógenoque pueden ser formas de almacenamiento de carbono y energía dentro de las células.

Tabla 1. Composición química aproximada (en porcentaje) de una bacteria típica y de una célula demamífero típica.

COMPONENTE E. COLI BACTERIA CÉLULA DEMAMÍFERO

H2O 70 70Iones inorgánicos (N a+, K+ , Mg2+ , Ca 2+ , Cl-,etc.)

1 1

Algunos metabolitos pequeños 3 3Proteínas 15 18RNA 6 1,1DNA 1 0,25Fosfolípidos 2 3Otros lípidos - 2Polisacáridos 2 2

1. COMPUESTOS INORGÁNICOS: AGUA Y SALES MINERALES

1.1. AGUA En la molécula de agua (H 2O) los dos átomos de hidrógeno estánunidos al átomo de oxígeno por enlaces covalentes (Figura 1).

La molécula es fuertemente polar, porque el oxígeno atrae más alos electrones que los átomos de hidrógeno. Por ello, la molécula deagua actúa como un dipolo, ya que para cada enlace covalente hayuna débil carga electronegativa alrededor del átomo de oxígeno, yuna débil carga electropositiva alrededor de los átomos dehidrógeno.

Así, las moléculas de agua pueden formar puentes de hidrógeno con ellas mismas (Figuras 2). Estos puentes son mucho más débilesque los enlaces covalentes, y además, son de corta duración. Noobstante, dada la cantidad de ellos, sus efectos determinan lamayoría de las propiedades del agua (Tabla 2).

Figura 1. Estructura querepresenta una molécula deagua.


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Figura 2. Enlaces, mediante puentes de hidrógeno, entre moléculas de agua.

Tabla 2. Propiedades del agua. Propiedad Descripción Ejemplo de beneficiopara el cuerpo

Fuerte polaridad

Las moléculas polares de agua atraen ionesy otros compuestos polares, haciendo quese disocien.

Pueden disolverse en las células

muchos tipos de moléculas,permitiendo gran variedad dereacciones químicas y el transporte denumerosas sustancias. Ejemplos:Disolver moléculas polares como elNaCl; El agua como el compuestomás abundante del plasma sanguíneo.

Elevado calor específicoEl agua puede absorber una gran cantidadde calor mientras que su temperatura soloasciende ligeramente.

Esto la convierte en un buen aislantetérmico que mantiene la temperaturainterna de los seres vivos a pesar delas variaciones externas.La temperatura corporal permanecerelativamente constante.

Alto calor de vaporización El agua tiene la propiedad de absorbermucho calor cuando cambia del estadolíquido al gaseoso, por tanto, para que unamolécula se “escape” de las adyacentes,han de romperse las uniones entre ellas y,para romper los puentes de hidrógeno, senecesita una gran cantidad de energía.

La evaporación del agua por lasudoración enfría el cuerpo. Estapropiedad es utilizada como mecanismode regulación térmica .

Fuerza de cohesiónLa cohesión es la tendencia de lasmoléculas de agua a estar unidas entre sí,esta característica la hace un líquidoprácticamente incompresible.Las moléculas de H 2O se unen por puentesde hidrógeno.

El agua actúa como lubricante oalmohadón para proteger frente a laslesiones por fricción o traumatismo.Ejemplos: El agua presente en lasarticulaciones y en el líquidocefalorraquídeo.

Estados del agua

El agua, al descender la temperatura, apartir de los 4º C, empieza a aumentar suvolumen y a disminuir su densidad.

Las capas de hielo en lagos y mares semantienen en la superficie, lo cualaísla al medio acuático de las bajastemperaturas permitiendo eldesarrollo de una diversidad de seresvivos.


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1.2. SALES MINERALES

En los sistemas vivos, las sales inorgánicas se encuentran básicamente en tres modos diferentes:

Disueltas

La mayor parte de las sales se hallan disueltas en medios acuosos, formandoelectrolitos. Tal es el caso del Sodio (Na +), Potasio (K+), Calcio (Ca2+), Cloruro (Cl-),

Bicarbonato (HCO3-

) o Fosfato (PO 43-

), iones que participan en diversas reaccionesquímicas en función de su afinidad eléctrica. Por ejemplo, participan en la regulación dela acidez (pH) (tampón o buffer) y en la formación de potenciales eléctricos.Además, es muy importante considerar que sales como el Sodio (Na +) y el Cloruro (Cl-)mantienen el equilibrio hidrosalino.

PrecipitadasOtras sales se encuentran precipitadas formando, de este modo, estructuras sólidas yrígidas. Tal es el caso del fosfato cálcico (Ca 3 (PO4)2), que al precipitar sobre una matrizde proteínas fibrosas forma los huesos.

Combinadas

Algunos iones inorgánicos, se encuentran combinados. El ejemplo más llamativo es elhierro (Fe 2+) en la molécula de hemoglobina y el magnesio (Mg 2+) en la clorofila.También algunos iones se asocian a enzimas : biocatalizadores. Sin ellos las reaccionesbioquímicas se desarrollarían a velocidades tan bajas que apenas rendirían cantidadesapreciables del producto. Muchas enzimas necesitan para su funcionamiento la presenciade algunas sales (cofactores enzimáticos).

Tabla3. Algunos minerales esenciales en la nutrición humana.

FUNCIONES

Macrominerales

CalcioConstituyente de huesos y dientes; participa en la regulación de laactividad nerviosa y muscular; factor de coagulación y cofactorenzimático.

FósforoConstituyente de huesos, dientes, ATP, intermediarios metabólicosfosforilados y ácidos nucleicos. Forman parte de los fosfolípidos,sustancias fundamentales de las membranas celulares.

Sodio Catión principal del medio extracelular. Regula volemia, balanceácido/base, función nerviosa y muscular, bomba Na +, K+-ATPasa.Potasio Catión principal del medio intracelular, función nerviosa y muscular,bomba Na+ /K+ - ATPasa.

Cloro Balance de electrolitos, constituyente del jugo gástrico.

Magnesio

Catión importante del líquido intracelular, esencial para la actividad deun sinnúmero de enzimas, para la transmisión neuronal y laexcitabilidad muscular. Actúa como cofactor de todas las enzimasinvolucradas en las reacciones de transferencia de fosfato que utilizanATP. Constituyente de la molécula de clorofila.

Azufre Se encuentra en dos de los 20 aminoácidos que constituyen a lasproteínas, cisteína y metionina.

Microminerales

Yodo Constituyente de hormonas tiroideas (tiroxina), hormonas queintervienen en el metabolismo a nivel celular y sistémicos.Flúor Incrementa dureza de huesos y dientes.

Hierro Presente en la hemoglobina para el transporte de oxígeno y dióxido decarbono.


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ACTIVIDAD 1

1. Analizando la imagen que muestra la composición aproximada de una célula bacteriana,determine la biomolécula representada por la letra:

A: ...............................................B: ...............................................

C: ...............................................

D: ...............................................

2. Respuestas Breves:

a) ¿Qué significa que los iones de bicarbonato HCO 3- funcionen como buffer o tampón ennuestros líquidos corporales?...........................................................................................................................

b) De las sales minerales la o las involucradas enesta patología son:

....................................................................

....................................................................

....................................................................

c) La patología demostrada en la imagen se refiere a una inflamaciónde la tiroides a causa de.............................................................


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d) ¿Cuál es la propiedad del agua que permite que la Hemípteragerridae pueda caminar sobre el agua?.......................................................................................

e) Respecto a la sal de mesa:¿Cuál es su composición química?..................................................¿Por qué se puede disolver en agua?..............................................

f) Explique, ¿por qué el agua se puedemovilizar desde la raíz hasta lo más altode un árbol?................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................


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2. COMPUESTOS ORGÁNICOS: CARBOHIDRATOS Y LÍPIDOS

2.1. CARBOHIDRATOS

Son compuestos orgánicos formados por C, H, O. También son llamados glúcidos, azúcares ohidratos de carbono. Estos dos últimos nombres no son del todo apropiados, pues no todos sondulces ni se trata de moléculas cuyos carbonos estén hidratados.

Los hidratos de carbono incluyen tanto los azucares como los polímeros de los azúcares. Los mássimples son los monosacáridos o azúcares simples que presentan una proporción de carbono,hidrógeno y oxígeno 1:2:1, respectivamente. Los disacáridos son azúcares dobles, que secomponen de dos monosacáridos unidos mediante una reacción de condensación y los hidratos decarbono que son macromoléculas son los polisacáridos , polímeros compuestos de muchosazucares simples.

Tabla 4 . Cuadro resumen de los carbohidratos.

Carbohidratos Características Función Fuente o localización

M O N O S A C A R I D O S

Ribosa Pentosa

( C5H10O5 )

Precursor de nucleótidos y

Ácidos nucleicos (RNA).Citoplasma y núcleo.

Desoxirribosa Pentosa( C5H10O4 )Precursor de nucleótidos yÁcidos nucleicos (DNA) Citoplasma y núcleo.

Glucosa Hexosa( C6H12O6 )Fuente de energía,estructural

Almidón, glucógeno,maltosa, lactosa,sacarosa, celulosa yquitina.

Fructosa Hexosa( C6H12O6 )Convertirse en glucosa yfuente de energía para elespermio.

Jugo de frutas,sacarosa y semen.

Galactosa Hexosa( C6H12O6 )Convertirse en glucosa.Estructural Leche (lactosa).

D I S A C Á R I D O S Maltosa Disacárido =

glucosa + glucosa.Fuente de energía.

Degradaciónincompleta delalmidón. Semillas.

SacarosaDisacárido =glucosa +fructosa.

Fuente de energía. Remolacha, caña deazúcar.

LactosaDisacárido =glucosa +galactosa.

Fuente de energía. Leche.

P O L I S A C Á R I D O S

AlmidónPolisacárido deglucosas. Reserva de energía en lasplantas.

Raíces, tallos, hojas deplantas.

GlucógenoPolisacárido deglucosas. Reserva de energía en losanimales.

Hígado, músculoesquelético.

Celulosa Polisacárido deglucosas.Forma parte de la paredcelular vegetal. Otorgarigidez a células y tejidos.

Madera.


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Figura 3 . Principales monosacáridos.

Figura 4 . Formación del enlace glucosídico. Dos moléculas de glucosas en la configuración se unenmediante un enlace entre los carbonos 1 y 4, por ello recibe el nombre de enlace glucosídico (1 4). Lareacción se denomina síntesis por deshidratación o condensación. La reacción contraria se denominahidrólisis y requiere de enzimas.


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Figura 5 . (a) El almidón es un polisacárido de almacenamiento en vegetales. (b) glucógenoalmacenado en las células hepáticas.

Figura 6 . La celulosa es un polisacárido con función estructural presente en vegetales.


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ACTIVIDAD 2

Conteste:

a) Diferencie entre hidrólisis y síntesis por deshidratación..................................................................................................................................

.................................................................................................................................

b) La glucosa presenta fórmula molecular C 6H12O6. Si ocho de estos monómeros se unen paraformar un oligosacárido, ¿cuál es la fórmula molecular de éste? (no olvide que por cadaenlace formado se elimina una molécula de agua)..................................................................................................................................

c) Si se hidrolizan 3 moléculas de sacarosa, 2 moléculas de lactosa y 1 molécula de maltosa¿qué es lo que se obtiene como productos?

.................................................................................................................................

d) Los hidratos de carbono de reserva como el almidón se encuentran en................................. almacenados a nivel de ............................................ mientrasque el glucógeno se encuentran en ......................................... almacenados a nivel de............................................................


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2.2. LÍPIDOS

Son una familia bastante heterogénea de compuestos orgánicos, formados principalmente por C,H y baja proporción de O , que casi lo único que tienen en común es su gran insolubilidad enagua (hidrofóbicas) .

Los ácidos grasos son moléculas que, en general, no se encuentran libres en la célula debiendo

ser obtenidos por hidrólisis desde los lípidos en donde están almacenados. Presentan un grupocarboxilo polar e hidrofílico (-COOH) unido a una cadena hidrocarbonada apolar e hidrofóbica(que puede ser saturada o insaturada). Es esta doble naturaleza la que permite considerarlosmoléculas anfipáticas . Es por ello que, al aumentar el tamaño de la cadena apolar hidrofóbicadisminuye notablemente su solubilidad en agua, haciendo de los ácidos grasos naturales muypoco solubles en agua.

Como muestra la figura 7, algunos ácidos grasos contienen dobles enlaces entre los carbonos delhidrocarburo (insaturaciones), que causan que la cadena se flexione e impide que las moléculas seempaqueten fuertemente entre sí y que solidifiquen a la temperatura ambiente (menor punto defusión). Por lo tanto, los ácidos grasos que poseen dobles enlaces se denominan insaturados adiferencia de los que presentan enlaces simples denominados saturados , los cuales al tener unmayor punto de fusión hace que sean sólidos a temperatura ambiente.

Figura 7 . Esquema de dos ácidos grasos. El ácido palmítico es un ejemplo de un ácido graso del tiposaturado (no presenta dobles enlaces entre los carbonos) y el ácido linoleico es un ejemplo de un ácido grasoinsaturado.


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Los acilglicéridos también llamados glicéridos (Figura 8) son lípidos constituidos por unamolécula de glicerol (alcohol) a la cual se le pueden unir; uno (monoglicérido), dos (diglicéridos)o tres moléculas de ácidos grasos (triglicéridos). Los triglicéridos se clasifican según su estadofísico, en aceites y grasas.

Figura 8. Diagrama que muestra la formación de un triglicérido a partir de una molécula de glicerol más tres

ácidos grasos del tipo saturado. El enlace se llama tipo éster o estérico y el proceso se denomina,esterificación o condensación (De derecha a izquierda se indica la hidrólisis).

Los triglicéridos son de importancia biológica debido a sus múltiples funciones entre ellas seencuentran:

reserva energética : A diferencia de muchas plantas, los animales solo tienen una capacidadlimitada para almacenar carbohidratos. En los vertebrados, cuando los azúcares que seingieren sobrepasan las posibilidades de utilización o de transformación en glucógeno, seconvierten en grasas. De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no sonsatisfechos por la ingestión inmediata de comida, el glucógeno y, posteriormente, la grasa sondegradados para llenar estos requerimientos. Las grasas y los aceites contienen una mayor

proporción de enlaces carbono-hidrógeno ricos en energía que los carbohidratos y, enconsecuencia, contienen más energía química. En promedio, las grasas producenaproximadamente 9,3 kilocalorías por gramo, en comparación con las 3,79 kilocalorías porgramo de carbohidrato, o las 3,12 kilocalorías por gramo de proteína.

aislantes térmicos: Contra las bajas temperaturas. El tejido adiposo (que almacena grasa)está particularmente bien desarrollado en los mamíferos marinos.

amortiguador: Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo,a los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. Estosdepósitos de grasa permanecen intactos, aún en épocas de inanición .


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Los fosfolípidos corresponden a una familia de lípidos anfipáticos , (Figuras 9 y 10) es decir,poseen una parte polar o hidrofílica y otra apolar o hidrofóbica, lo que les permite en mediosacuosos adoptar la estructura de bícapas quedando sus cabezas hidrofílicas expuestas al agua ysus colas hidrofóbicas apuntando hacia adentro, protegidas del agua, lo que constituye la baseestructural de las membranas celulares (Figura 9).

Figura 9 . Estructura de un fosfolípido.

Figura 10. Formación de una micela y disposición que adoptan las membranas de fosfolípidos en ambientesacuosos dentro de los seres vivos.

micela

Colas apolares

Cabezaspolares

Cabezaspolares

Cabezapolar(hidrofílica)

Colaapolar(hidrofóbica)

Enlace doble

cabeza(hidrofílica)colas(hidrofóbicas

COLINA

FOSFATO

GLICEROL

C OL AHI DR

O C ARB

ONADA


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Los esteroides son una familia de lípidos que no se asemejan estructuralmente a los otroslípidos, pero se les agrupa con ellos porque son insolubles en agua . Pertenecen a este grupo delípidos el colesterol, la vitamina D, los ácidos biliares, las hormonas de la cortezasuprarrenal (aldosterona, cortisol y andrógenos corticales), las hormonas sexuales femeninas(progesterona y estrógenos) y masculina (testosterona) (Figura 11).

Figura 11 . Algunos integrantes de la familia de los lípidos esteroidales.

En general las funciones desempeñadas por los lípidos son:

Formar parte de las membranas celulares (fosfolípidos). Constituir las vitaminas liposolubles (A, D, E, K). Regular la actividad de las células y tejidos (hormonas). Constituir las principales formas de almacenamiento de energía en los seres vivos

(triglicéridos).


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A

B

AGUA

AGUA

ACTIVIDAD 3

Conteste:

a) Mencione 5 hormonas lipídicas..................................................................................................................................

.................................................................................................................................

b) Diferencie entre ácido graso saturado y ácido graso insaturado...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

c) Diferencie entre un triglicérido y un fosfolípido...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

d) En relación a la imagen, señale:

la región polar del fosfolípido. la región hidrofóbica del fosfolípido. la región hidrofóbica del fosfolípido.

e) En relación con la imagen, ¿qué tipo deácidos grasos constituyen estosfosfolípidos?............................................................................................................................................................................................................

....................................................................................................

..................................................

..................................................


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GLOSARIO

Almidón: Polisacárido formado por cadenas ramificadas y no ramificadas de unidades deglucosas. Constituye la principal fuente de reserva en plantas.

Celulosa: Polisacárido insoluble formado por unidades de glucosas. Constituye la principal fuenteestructural en plantas (paredes celulares).

Glicemia: Cantidad de glucosa presente en la sangre.

Glucógeno: Polisacárido formado por cadenas ramificadas de unidades de glucosas. Constituye laprincipal fuente de reserva en animales. Se almacena en el hígado o en el músculo.

Glucosa: Monosacárido formado por seis átomos de carbonos y es el principal combustible de lacélula.

Glucosuria: Cantidad de glucosa presente en la orina.

Hidrocarburo: Compuesto orgánico formado solo por carbono e hidrógeno.

Hidrofílico : Que tiene afinidad por el agua; aplicable a las moléculas polares o a las regionespolares de las moléculas grandes.

Hidrofóbico: Que no tiene afinidad por el agua; se aplica a las moléculas no polares o a lasregiones no polares de las moléculas.

Hidrólisis: Rompimiento de una molécula en dos por la adición de iones H + (protones) y OH - (hidroxilos) a partir de agua. Asociado con los lípidos es sinónimo de saponificación.

Lactosa: Disacárido conformado por glucosa y galactosa. Se le denomina como el azúcar de laleche.

Maltosa: Disacárido conformado por dos unidades de glucosa. Se le denomina como el azúcar dela malta.

Micela : Agregado esférico de sales biliares que disuelve los ácidos grasos y los monoglicéridoscon el fin de poder ser transportados a las células epiteliales del intestino delgado.

Monosacárido: Azúcar simple como la glucosa, la fructosa y la ribosa. Que no se puedenhidrolizar en estructuras más simples. Es la unidad básica de los carbohidratos.

Polímero: Molécula grande compuesta por muchas subunidades moleculares similares idénticas.

Sacarosa: Disacárido formado por glucosa y fructosa, y es transportado por el floema en lasplantas.


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Preguntas de selección múltiple

1. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta?

A) Las bicapas lipídicas son macromoléculas compuestas principalmente por subunidades defosfolípidos

B) Las colas hidrófobas de las moléculas de fosfolípidos no son repelidas por el aguaC) El enlace éster se ubica entre las colas de los fosfolípidosD) Los fosfolípidos son un tipo de triglicéridoE) Los fosfolípidos que presentan ácidos grasos saturados presentan solo enlace simple en

sus colas hidrocarbonadas

2. ¿Cuál de las siguientes funciones es correcta en relación con el calcio?

I) Participa en la coagulación sanguíneaII) Forma parte de la molécula de hemoglobina

III) Participa en la regulación de la actividad muscular

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo III.D) Solo I y III.E) Solo II y III.

3. El compuesto orgánico que se presenta en mayor porcentaje en una célula es (son)

A) el ARN.

B) el ADN.C) el agua.D) las proteínas.E) los polisacáridos.

4. Un fosfolípido se caracteriza por

I) ser una molécula anfipática.II) poseer dos cadenas de ácidos grasos.

III) poseer un extremo hiodrofílico y otro hidrofóbico.

Es (son) correcta(s)A) solo I.B) solo II.C) solo I y III.D) solo II y III.E) I, II y III.


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5. Los siguientes esquemas representan la estructura de membrana formada por fosfolípidos.

Al respecto, es correcto señalar que

I) la membrana A presenta más fluidez.II) en A y B, las colas de fosfolípidos son apolares.

III) la membrana B presenta ácidos grasos saturados.

A) Solo I.B) Solo II.C) Solo III.D) Solo I y II.E) I, II y III.

6. Los enlaces presentes en los carbohidratos se denominan

A) éster.B) iónicos.C) peptídicos.D) fosfodiéster.E) glucosídicos.

7. Corresponde a moléculas anfipáticas

A) maltosa.B) glucosas.C) triglicéridos.D) fosfolípidos.E) testosterona.

8. Corresponde a una hormona proteicaA) cortisol.B) calcitonina.C) aldosterona.D) andrógenos.E) testosterona.


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9. Que el agua ascienda por el interior de una planta sin gastar energía para vencer la gravedadestá dada por la(s) siguiente(s) propiedad(es), alta

I) tensión superficial.II) capilaridad.

III) cohesión.

A) Solo I.B) Solo III.C) Solo I y II.D) Solo II y III.E) I, II y III.

10. Para que nuestro organismo cuente con 28 glucosas, 5 galactosas y 3 fructuosas, senecesitan hidrolizar

A) 5 maltosas, 5 sacarosas y 3 lactosas.B) 10 maltosas, 3 sacarosas y 3 lactosas.C) 5 maltosas, 3 sacarosas y 3 lactosas.D) 10 maltosas, 3 sacarosas y 5 lactosas.E) 5 maltosas, 3 sacarosas y 3 lactosas.

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