volumen iii: bioquÍmica general y clÍnicade las membranas, pues su naturaleza anfipática favorece...

Manual QIR

VOLUMEN III: BIOQUÍMICA GENERAL Y

CLÍNICA

Autoras: María del Carmen Enjo Mallou

Hélade Sotomayor Pérez

Dra. Idalmys Perdomo López

Editora: Dra. Iliana Perdomo López

Manual QIR. VOLUMEN III: BIOQUÍMICA GENERAL

Y CLÍNICA

Autoras: María del Carmen Enjo Mallou Hélade Sotomayor Pérez Dra. Idalmys Perdomo López

© Iliana Perdomo López (editora). Depósito legal: C 610-2012

Reservado todos los derechos. Está prohibido, bajo las sanciones penales y el resarcimiento civil previsto en las leyes, reproducir, registrar o transmitir esta publicación, íntegra o parcialmente por cualquier sistema de recuperación y por cualquier medio, sea mecánico, electrónico, magnético, por fotocopia o por cualquier otro, sin la autorización previa por escrito de la editora.

ÍNDICE BIOQUÍMICA GENERAL Y CLÍNICA

UNIDAD I: BIOQUÍMICA GENERAL 1

1.- INTRODUCCIÓN. COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS 1

2.- GLÚCIDOS 7

2.1- OSAS O MONOSACÁRIDOS 8

2.1.1.- ACTIVIDAD ÓPTICA 8

2.1.2.- ESTRUCTURA CÍCLICA DE LOS MONOSACÁRIDOS 11

2. 1.3.- ISÓMEROS CONFORMACIONALES 14

2. 1.4.- PROPIEDADES GENERALES DE LAS OSAS 14

2. 1.5.- DERIVADOS DE MONOSACÁRIDOS 16

2.2- OLIGOSACÁRIDOS: DISACÁRIDOS 18

2.2.1.-CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE GLUCOSÍDICO 19

2.2.2.-TIPOS DE ENLACE GLUCOSÍDICO 19

2.2.3.-OLIGOSACÁRIDOS MÁS IMPORTANTES 19

2.3- POLISACARIDOS 20

2.3.1.- HOMOPOLISACÁRIDOS 20

2.3.2.- HETEROPOLISACÁRIDOS 22

2.4- HETERÓSIDOS 26

2.4.1.- PROTEOGLUCANOS 26

2.4.2.- GLUCOPROTEÍNAS 28

2.4.3.- OTROS HETERÓSIDOS 29

3.- LÍPIDOS 31

3.1- LÍPIDOS SAPONIFICABLES 32

3.1.1.- LÍPIDOS SAPONOFICABLES SIMPLES 32

3.1.2.- LÍPIDOS SAPONOFICABLES COMPLEJOS 40

3.2- LÍPIDOS INSAPONIFICABLES 46

3.2.1.- TERPENOS 47

3.2.2.-ESTEROIDES 47

4.- AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEINAS 49

4.1- AMINOÁCIDOS 49

4.1.1.- CARÁCTERISTICAS ESTRUCTURALES 49

4.1.2.- ESTEREOQUIMICA DE LOS AMINOACIDOS 49

4.1.3.- CLASIFICACIÓN 50

4.1.4.- PROPIEDADES FISICAS 52

4.1.5.- IONIZACIÓN 53

4.1.6.- REACCIONES DE IDENTIFICACION DE AMINOACIDOS 54

4.2- PÉPTIDOS 55

4.2.1.- EL ENLACE PEPTIDICO 55

4.2.2.- CARACTERISTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO 55

4.2.3.- CARACTERIZACIÓN DE PÉPTIDOS Y PROTEINAS 56

4.2.4.- PÉPTIDOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA 57

4.3- PROTEÍNAS 57

4.3.1.- CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS 58

4.3.1.1. ATENDIENDO A SU COMPOSICIÓN 58

4.3.1.2. ATENDIENDO A SU FORMA 59

4.3.1.3. ATENDIENDO A SU SOLUBILIDAD 59

4.3.1.4. ATENDIENDO A SU FUNCION BIOLÓGICA 59

4.3.2.- ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS 60

4.3.2.1. ESTRUCTURA PRIMARIA 61

4.3.2.2. ESTRUCTURA SECUNDARIA 61

4.3.2.3. ESTRUCTURA TERCIARIA 65

4.3.2.4. ESTRUCTURA CUATERNARIA 66

4.4- ENZIMAS 77

5.- COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS BIOMEMBRANAS 91

5.1- LÍPIDOS DE MEMBRANAS 92

5.2- PROTEÍNAS DE MEMBRANAS 97

5.3- TRANSPORTES A TRAVÉS DE MEMBRANAS 98

6.- INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO. 105

7.- GLUCOLISIS 113

8.- FERMENTACIONES 125

9.- DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO 129

10.- CICLO DE KREBS 133

11.- CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 139

12.- LANZADERAS 153

13.- GLUCONEOGÉNESIS 155

14.- METABOLISMO DEL GLUCÓGENO 167

15.- OTRAS RUTAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA 181

16.- OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS 191

17.- BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS 205

18.- METABOLISMO DE CUERPOS CETONICOS 221

19.- BIOSÍNTESIS DE COLESTEROL 225

20.- METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEÍNAS 231

21.- METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS 243

22.- METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS 261

23.- INTEGRACIÓN DEL METABOLISMO 275

UNIDAD II: BIOQUÍMICA CLÍNICA 285

24.- BIOQUÍMICA CLÍNICA 285

GENERALIDADES DE ANÁLISIS CLÍNICOS 285

SANGRE 289

HECES 299

ORINA 299

LÍQUIDOS ESPECIALES 301

HORMONAS 304

INFARTO AGUDO DEL MIOCARDIO 306

PRINCIPALES REACTANTES DE FASE AGUDA 307

MARCADORES TUMORALES 308

DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO DE ENFERMEDADES AUTOINMUNES 309

ANEXOS 311

BIBLIOGRAFÍA 315

Bioquímica InspiracleQIR/2015

31

TEMA 3. LÍPIDOS [p. 181, 188, 199, 241, 251 (2010); 134, 152, 154, 199, 221, 223, 228, 231,

243 (2011); 113, 119, 121, 124, 151, 199, 209, 217, 219, 222 (2012); 114, 187, 203 (2013); 135, 139,

145, 201, 206 (2014)]

Los lípidos son compuestos orgánicos que se definen por su insolubilidad en agua y

solubilidad en disolventes polares (éter, cloroformo, benceno..), no obstante se contemplan

excepciones.

Entre las características más sobresalientes:

- compuestos hidrofóbicos

- no son moléculas poliméricas

- exhiben una mayor variedad estructural

Funciones biológicas

- energética

- estructural

- aislante

- funciones especiales: ciertos lípidos desempeñan funciones especiales en el

organismo. Por ejemplo, los esteroides, los eicosanoides y algunos metabolitos de

los fosfolípidos funcionan como señales. Actúan como hormonas, mediadores y

segundos mensajeros. Algunos son cofactores de reacciones enzimáticas (vit. K..).

otros se utilizan como anclas para fijar las proteínas a las membranas.

Clasificación

3.1 Lípidos saponificables

- Contienen ácidos grasos

-Tras la hidrólisis alcalina se

obtienen jabones

Simples

(C, H, O)

Ácidos grasos

Acilglicéridos

Céridos

Estéridos

Otros: etólidos y eteroglicéridos

Complejos

Además de (C, H, O)

pueden contener N,

P, S

Fosfoacilglicéridos

Esfingolípidos

Lipoproteínas

3.2.Lípidos insaponificables

- No contienen en su

estructura ácidos grasos

- Derivan del isopreno

Terpenoides Vit. A, E, K Ubiquinonas

Esteroides

Vit D Colesterol3 Ácidos biliares Hormonas esteroideas4

3 Las células procariotas carecen de colesterol, pero éste se encuentra en distintas cantidades en prácticamente

todas las membranas de animales, fundamentalmente mamíferos. [Preg. 157 (2008)]


33

Desaturados Se incluyen los ácidos grasos etilénicos, que poseen en su estructura uno ó más dobles

enlaces, pudiendo ser mono-, di- o tri- etilénicos. Además, aunque muy escasos hay

ácidos grasos desaturados acetilénicos.

Debe tenerse en cuenta que la presencia de dobles enlaces C=C introduce una

posibilidad de isomería CIS-TRANS.

- monoetilénicos (C:1): ácido palmitoleico (16:1), ácido oleico (C18:1, es el más

abundante), ácido undecilénico (11:1, antifúngico utilizado contra diversas micosis),

ácido nervónico (24:1, presente en lípidos del cerebro). Las insaturaciones se

presentan en el carbono 9

- polietilénicos: destacan los ácidos grasos esenciales. Son el ácido linoléico (C18:2),

el ácido linolénico (C18:3) y el ácido araquidónico (C20:4).

- Acetilénicos: micomicina (carácter antibiótico)

De cadena especial [p. 192 (2005); p. 199 (2008); 215 (2009)]

- ramificados: la mayor parte de ellos no poseen más de una sóla ramificación. Los

más importantes son los ácidos grasos ramificados de las bacterias, en especial del

bacilo de Koch. Se conocen el ácido tuberculoesteárico (aislado de los lípidos del

bacilo de Koch), y el ácido micocerósico (4 ramificaciones con grupos metilo).

Destaca además el ácido fitánico, ácido graso muy metilado, que se degrada por α-

oxidación

- cíclicos: de interés médico por el lugar que ocupan en el tratamiento contra la lepra.

Son el ácido chaulmoógrico, el górlico y el hidnocárpico

- con función oxigenada: entre los más importantes destacan hidroxiácidos como el

hidroxinervónico o el cerebrónico, por ser componentes de lípidos complejos del

cerebro

- complejos: destacan los ácidos micólicos, con elevado nº de átomos de carbono,

ramificados, portadores de función alcohol, etc.

- eicosanoides: generados por transformación enzimática a partir del ácido

araquidónico. Estos son: prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos. [p. 221

(2011)]. Son moléculas que presentan una cadena de 20 átomos de carbonos

(eicosa) y disponen de varios dobles enlaces. Tienen múltiples efectos biológicos en

la mediación de diferentes procesos. Por ejemplo, los tromboxanos inducen la

agregación plaquetaria [p. 206 (2014)]. El mecanismo de acción de antiinflamatorios no

esteroideos (AINES) como la aspirina, ibuprofeno, celecoxib es precisamente la

inhibición de la enzima (Ciclooxigenasa; COX) que interviene en la síntesis de

prostaglandinas a partir del ácido araquidónico.


41

Este grupo de lípidos, dada su estructura, es idóneo para formar parte de la ESTRUCTURA

DE LAS MEMBRANAS, pues su naturaleza anfipática favorece la formación de bicapas

lipídicas, no obstante, destacaremos peculiaridades de algunos de ellos:

- Las lecitinas son los fosfolípidos más abundantes en las membranas (especialmente

en la del hematíe). Se definen como protectores hepáticos, por activar la formación

de lipoproteínas a nivel hepático, haciendo que disminuya el nivel de grasa en este

órgano. Su valoración en el líquido amniótico se utiliza para valorar la madurez

pulmonar en el feto.

- La fosfatidilcolina6 y fosfatidiletanolamina tienen carácter neutro a pH fisiológico.

- La cardiolipina es el principal lípido de la membrana mitocondrial, estando además

presente en la membrana bacteriana. Este glicerofosfolípido tiene un marcado

carácter ácido, debido a la presencia de grupos fosfato.

- El fosfatidil inositol participa en la unión de glucoproteínas a la membrana plasmática

(ancla de glucosil-fosfatidil-inositol”). Importante es que algunos segundos

mensajeros, como el inositol-trifosfato y el Diacilglicerol derivan de este

glicerofosfolípido (cascada de los fosfoinositoles). El diacilglicerol activa a la proteína

quinasa C, mientras que el inositol 1,4,5 trifosfato actúa en la membrana del retículo

endoplásmico [p. 227 (2011)] y aumenta los niveles de calcio (Ca2+) intracelular, otro

segundo mensajero. [p. 160 (2009), 145, 201 (2014)].

Fosfatidilinositol

2-ATP

2-ADP

Fosfatidilinositol 4,5-bifosfato

fosforilación enla membranaplasmática

H2O

DiacilglicerolInositol 1,4,5-trifosfato

Liberación de Ca2+ intracelular Activación de la protein quinasa C

Regulación de otras enzimas(por fosforilación de proteínas)

Regulación de otras enzimas

(por Ca2+)

Figura El fosfatidilinositol en la regulación celular. El fosfatidil inositol 4,5-bifosfato de

la membrana plasmática es hidrolizado por una fosfolipasa C específica en respuesta a

señales hormonales. Los dos productos de hidrólisis actúan como mensajeros intracelulares

Fuente: Fig 10-17 (pag 357) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006

6 La dipalmitoil-fosfatidilcolina es el componente mayoritario del surfactante pulmonar. [Preg 233 (2008)]


49

TEMA 4. AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS [p. 131, 137, 138, 139,

147, 152, 156, 161, 163, 166, 172, 174, 176, 178, 185, 187, 190, 193, 202, 203, 204, 206, 212, 219,

221, 224, 225, 237, 240, 243, 244, 249, 256, 260 (2010); 131, 136, 141, 143, 144, 145, 151, 153, 157,

163, 166, 178, 179, 180, 181, 187, 195, 198, 200, 208, 214, 215, 216, 225, 232, 235,243, 244, 246,

256, 260 (2011); 116, 117, 122, 125, 126, 131, 135, 142, 144, 145, 154, 158, 161, 169, 190, 191, 192,

193, 200. 213, 225, 235 (2012); 118, 119, 121, 122, 127, 134, 139, 144, 150, 153, 154, 155, 158, 163,

180, 184, 185, 189, 192, 194, 205, 208, 227, 229, 235 (2013); 117, 130, 131, 134, 138, 158, 162, 171,

173, 175, 176, 183, 203, 208, 216, 218, 235 (2014)].

4.1 AMINOÁCIDOS.

Los α-aminoácidos son las unidades estructurales básicas que se obtienen tras la hidrólisis

ácida de las proteínas. En las proteínas encontramos 20 aminoácidos que denominamos

estándar.

4.1.1 Características estructurales

- Todos los aminoácidos contienen un grupo carboxilo y un grupo amino (la prolina posee su

grupo nitrogenado en forma de amina secundaria) unidos al mismo átomo de carbono, que

denominamos carbono α.

- Difieren unos de otros en sus cadenas laterales, o grupos R,, que varían en estructura,

tamaño y carga eléctrica, y que influyen en su solubilidad en agua.

4.1.2 Estereoquímica de los aminoácidos [p. 40; 77 (2007); 220 (2008)]

- En todos los aminoácidos, con excepción de la glicina, el Cα está unido a 4 sustituyentes

diferentes, es un centro quiral, y confiere a los aminoácidos actividad óptica.

- De la misma manera que para las osas, se definen dos series de aminoácidos, en este

caso, en función de la orientación del grupo NH2 que porta el Cα: la serie D (el grupo amino

se dispone igual que en el D-gliceraldehido) y la serie L (como en el L-gliceraldehido).

- Los aminoácidos naturales son de la serie L. los aminoácidos de la serie D se encuentran

en las paredes de las bacterias y en la estructura de ciertos antibióticos peptídicos.

- Algunos aminoácidos poseen un segundo átomo de carbono asimétrico, y por tanto

posibilitan la existencia de 4 estereoisómeros: treonina e isoleucina.


51

7) Contienen enlaces carboxi-amida: la glutamina (derivado de glutamato) y

asparragina (derivado del aspartato)

8) Són aminoácidos dicarboxílicos: el glutamato y el aspartato (el más ácido de todos)

9) Son diaminoácidos: la lisina, con grupo butil-amina, la arginina, con grupo guanidino

y la histidina, con anillo imidazólico. La arginina es el más básico.

10) El de mayor peso molecular: triptófano.

11) Las cadenas laterales de los aminoácidos polares competirán con los iones salinos

por el agua de solvatación [p. 203 (2014)].

De los 20 aminoácidos sólo hay uno que funciona como un buen tampón a pH fisiológico, es

la histidina (función tamponadora en la estructura de la hemoglobina)

Aminoácidos modificados.

Además de los 22 aminoácidos, en las proteínas existen una gran cantidad de aminoácidos

que se forman por modificaciones de los 20 protéicos principales, en reacciones

postraduccionales.

Las modificaciónes más relevantes:

- Acetilaciones: se producen sobre el grupo amino. Son frecuentes en la cadena lateral

de las lisinas de las histonas, formando la acetillisina.

- Carboxilaciones: la más importante da lugar al ácido γ-carboxiglutámico, que forma

parte de varios factores protéicos de la coagulación sanguínea.

- Ciclaciones: la más común es la producida entre el grupo amino y el carboxilo de la

cadena lateral del ácido glutámico, produciendo ácido piroglutámico, presente en el

inicio de muchas proteínas y con función protectora.

- Desaminaciones de la cadena lateral de la lisina, para dar lugar a lisinal (también

llamado al-lisina), que posee un grupo aldehido en la cadena lateral y puede formar

enlaces covalentes de entrecruzamiento (propios del colágeno)

- Dimerizaciones: el ejemplo más representativo es la cistina, formada por la unión

mediante un puente disulfuro de dos cisteínas, a través de sus grupos tioles,

esenciales, en ciertas proteínas para el mantenimiento de las estructuras terciaria y

cuaternaria.

- Fosforilaciones: se esterifica con fosfato el hidroxilo de la cadena lateral del

aminoácido, rindiendo fosfoserina, fosfotreonina y fosfotirosina. .

- Hidroxilaciones: las más frecuentes son las que se dan en las posiciones 3 y 4 de la

prolina, dando lugar a hidroxiprolinas, muy frecuentes en el colágeno.

- Metilaciones: se producen sobre el N de las cadenas laterales, como es el caso de la

1 y la *3-metilhistidina ó la 6-metil-lisina, propias de proteínas miofibrilares.

*Es un marcador nutricional y de proteolisis muscular, aumenta en situaciones de hipercatabolismo

muscular

InspiracleQIR/2015 Bioquímica

52

Aminoácidos no proteicos. [p. 178 (2006)]

- β-alanina: está presente en el ácido pantoténico. Es uno de los productos finales del

catabolismo de los nucleótidos pirimidínicos, junto con el β isoaminobutirato.

- Ácido γ-aminobutírico (GABA): se forma por descarboxilación del glutamato, es un

neurotransmisor inhibitorio.

- β- taurina: se utiliza fisiológicamente para formar sales biliares.

- Tiroxina y triyodotironina: derivan del aminoácido tirosina.

- S-adenosil-metionina: agente de metilación biológica, también llamado SAM o

AdoMet.

- Homocisteína: intermediario en la síntesis de metionina. En la síntesis hepática de

metionina a partir de homocisteína se requiere N5-metil-tetrahidrofolato y

metilcobalamina [Preg. 158; 200 (2014)].

- Ornitina y citrulina: intermediarios del ciclo de la urea. La ornitina deriva de la

arginina

- Dopa : derivado de tirosina y precursor del pigmento melanina.

- 5-OH-Trp: precursor de serotonina.

Aminoácidos esenciales [p. 167 (2004); 206 (2006)]

Son aquellos que nuestro organismo no puede sintetizar, de modo que estamos obligados a

obtenerlos mediante la dieta.

Se incluyen aquí los aminoácidos ramificados, leu, ile, val, además de phe, trp, lys, tre y met.

Además de éstos, en ciertas circunstancias algunos aminoácidos pueden ser también

esenciales:

- la arg y la his: son esenciales en el recién nacido, pues son sintetizados de forma

insuficiente. Además, la his, por ser constituyente de la hemoglobina, puede

presentarse esencial en situaciones de anemia

- tyr: si no se aporta suficiente Phe, puede ser esencial, ya que se forma a partir de

éste.

- cys: puede ser esencial si hay un aporte insuficiente de metionina, pues es su

precursor; también en el recién nacido, pues es incapaz de sintetizar cys a partir de

metionina.

4.1.4 Propiedades físicas

- blancos

- cristalinos

- elevado punto de fusión


57

4.2.4. Péptidos de importancia biológica [p. 193 (2005); 21 (2007); 196 (2008); 189; 244

(2009)]

Destacan, por orden creciente de tamaño:

- Glutatión (GSH): es el tripéptido γ-glutamil-cisteinil-glicina. Es ubicuo y mantiene las

condiciones reductoras en el citoplasma celular, por su capacidad de dimerización a

la forma oxidada, mediante la formación de un puente disulfuro. El glutatión se

conjuga a xenobióticos o sus metabolitos como parte del proceso de detoxificación

de éstos. Los conjugados de glutatión suelen eliminarse en forma de ácidos

mercaptopúricos. Dicha conjugación constituye un mecanismo de bloqueo de

diversas especies electrófilas formadas durante el metabolismo y que podrían

resultar tóxicas [p. 233 (2014)].

- Encefalinas, Met-encefalina y Leu-encefalina son dos pentapéptidos que difieren sólo

en el aminoácido carboxilo terminal. Son neuropéptidos cerebrales y tienen

propiedades analgésicas, por lo que forman parte de los péptidos opiáceos.

- La vasopresina y la oxitocina son dos nonapéptidos hormonales de estructura muy

semejante, que se forman en la pituitaria o hipófisis anterior y regulan,

respectivamente, la reabsorción renal de agua y la secreción de leche

- Otros *oligopéptidos mayores son la α-MSH (hormona estimulante de melanocitos,

con 14 aminoácidos) o la ACHT (corticoptropina: 39 aminoácidos). Son factores de

crecimiento y diferenciación celular.

*Éstos y otros péptidos se forman por hidrólisis parcial de un precursor polipeptídico común, la pro-opiomelanocortina (POMC). Los péptidos también exhiben curvas de titulación ácido- base, estando condicionadas por su

composición de aminoácidos. Ej: El pentapéptido Phe-Ile-Ala-Trp-Arg tiene carga neta positiva a pH

7.0, por la presencia de Arg, aminoácido con cadena lateral básica que se protona (carga positiva)

4.3 PROTEÍNAS

La diferencia entre péptidos y proteínas es, a veces, ambigua, se basa principalmente en

dos criterios:

- La longitud. Aunque no existe un límite definido, se consideran péptidos las cadenas

de menos de 30-50 aminoácidos. Si contienen por encima de los 50 aminoácidos

suelen considerarse proteínas

- La existencia biológica. Este criterio es más claro, cualquier cadena polipeptídica

sintetizada químicamente en el laboratorio, y sin existencia probada en algún

organismo vivo, no puede ser llamada proteína, sino péptido o polipéptido,

independientemente del nº de aminoácidos que posea.


70

PROTEÍNAS GLOBULARES [p. 144; 185; 222; 235 (2003); 172 (2004); 236 (2005); 192 (2006);

175; 203 (2008); 206; 248 (2009)]

MIOGLOBINA HEMOGLOBINA9

FUNCIÓN Almacenamiento de oxígeno Transporte de oxígeno

ESTRUCTURA Monomérica Oligomérica (4 sub)

AFINIDAD POR O2 Alta Baja y es menor cuando

desciende el pH, se regula por

fosfatos orgánicos.

CINÉTICA Hiperbólica.

Cinética de M-M

(no cooperatividad)

Sigmoidal

Alostérica (se da el fenómeno

de cooperatividad) Un efector

alostérico es el 2,3-

bisfosfoglicerato, que se une a

la desoxihemoglobina, y

disminuye la afinidad del

oxígeno por la hemoglobina A.

Metal Fe (II) Fe (II)

La oxidación del Fe (II) de la mioglobina, así como la hemoglobina conduce a

metamioglobina y metahemoglobina, perdiéndose la capacidad de unión al oxígeno.

En relación con la estructura de la mioglobina y la hemoglobina es importante que el

grupo hemo se encuentre en un ambiente apolar con el fin de prevenir la oxidación del

ión ferroso.

El CO2 se une a la a la hemoglobina en los grupos alfa-amino. Con respecto al CO, su

toxicidad para organismos aeróbicos viene dada porque se une al grupo hemo con

mayor afinidad que el O2 [(Preg. 131 (2014)].

Tipos de Hemoglobina según su estructura:

TIPO Hb FÓRMULA OBSERVACIONES

A Adulto α2 β2 97 % de la Hb del adulto. A la glicosilada se le llama A1.

A2

Adulto

2 alfa + 2 delta

< 3 % de la Hb del adulto. ↑ en beta talasemia.

F

Fetal

2 alfa + 2 gamma

Aparece en el 2º y 3º trimestre del embarazo. 97 % de la Hb fetal y 1% en el adulto.

E

Embrionaria Hb-Gower I

Hb-Gower II * Hb-Portland

2 zeta + 2 epsilon 2 alfa + 2 epsilon 2 zeta + 2 gamma

Aparecen durante el 1º trimestre del embarazo (eritropoyesis en saco vitelino). La más importante: 60 % de Hb E.

9 El metabolismo de la hemoglobina separa la porción glogina del grupo hemo. Este último es

metabolizado por la enzima hemo-oxigenasa originando biliverdina y posteriormente el metabolimo de

la misma por la biliverdina reductasa origina Bilirrubina. [Preg. 235 (2009); 138 (2014)]


95

GLUCOLÍPIDOS: Las moléculas lipídicas que presentan una asimetría más marcada en

cuanto a su distribución en las membranas celulares son las moléculas lipídicas que

contienen azucares denominadas glucolípidos. Se encuentran exclusivamente en la mitad

no citoplasmatica de la bicapa lipídica (cara externa), donde al parecer se autoasocian

formando microagregados mediante la formación de enlaces de hidrógeno entre ellas. Los

glucolípidos mas complejos, los gangliósidos, contienen oligosacáridos con uno o mas

residuos de ácido siálico, lo que les proporciona una carga neta negativa. Los gangliósidos son

mas abundantes en la membrana plasmática de las células nerviosas. La fracción glucídica

de los glucolípidos de membrana de células eucarióticas se sintetizan por acción de

varias glicosil transferasas [p. 161 (2014)].

Movimientos de los lípidos [p. 187 (2005)]

- Rotación → es el movimiento mas frecuente. Gira la molécula alrededor de su eje

longitudinal.

- Difusión lateral → también muy frecuente. Este movimiento se reduce si aumenta la

concentración de colesterol, es decir, el colesterol tiene efectos en la fluidez de la

membrana al alterar la regularidad de su estructura.

- Flexión de la cadena del ácido graso, se produce en el centro de la bicapa.

- Flip-Flop o movimiento de alternancia -» intercambio de una molécula lipidica de una

monocapa a otra con participación de enzimas flipasas. Es el menos frecuente por el

gran consumo energético. Solo ocurre en lípidos.


96

Microdominios lipídicos [p. 169 (2008)]

Los microdominios lipídicos o "balsas lipídicas" o "lipid rafts" son pequeñas zonas

semisólidas de la membrana plasmática ricas en glucolípidos, esfingomielina y colesterol.

También se llaman dominios enriquecidos en glucolípidos insolubles en detergentes (dominios

DIG).

Las funciones de estos microdominios son:

El anclaje de proteínas a la membrana, como proteínas fijadas a

glucofosfatidilinositol, enzimas digestivas apicales de los enterocitos, hemaglutinina y

neuraminidasa del virus gripal. subunidad gamma de proteínas G. La presencia

transitoria de estas proteínas en las balsas permite la agrupación necesaria para

procesos como endocitosis y señalización mediada por receptores.

Intervienen en la activación de algunas enzimas como proteinquinasa C.

Participan en la biogénesis de la membrana y la división celular.


97

Algunas balsas están estabilizadas por interacciones con el citoesqueleto a través de

proteínas periféricas de membrana, como la caveolina que se asocia a un tipo de balsas

lipidicas denominadas caveolas.

5.2. PROTEÍNAS DE MEMBRANA [p. 188 (2003); 52 (2007); 177; 221 (2008)]

Las moléculas proteicas son menos numerosas que los lípidos, pero son entre 30-50

más voluminosas. Funcionalmente son elementos fundamentales en las membranas:

transportan moléculas, adhesión celular, actúan como receptores de señales químicas del

medio extracelular, actividad enzimática (catalizando reacciones asociadas con la

membrana), anclaje con el citoesqueleto, unión con fármacos, toxinas, virus, etc.

Son moléculas anfipáticas y se pueden insertar en la bicapa lipídica por su zona

apolar. Su distribución es asimétrica y refleja la asimetría de retículo endoplasmático

rugoso, el cuál es su lugar de síntesis.

Fig.10.17, pág. 577, Cap. 10 ALBERTS, B.et al. “Biología Molecular de la célula”. Ediciones Omega, 6ª ed., 2015.


103

Transporte activo secundario, [p. 118 (2007); 200 (2009)] ocurre cuando se mueve

mediante TA primario un ion, se crea un gradiente de concentración de dicho ion que es

una fuente de energía, ya que tiende a entrar por difusión. En condiciones normales esta

energía de difusión del ión "tira" de otras sustancias que se mueven con él a través de la

membrana. Un ejemplo es el cotransporte de Na+ - glucosa en las células de la pared del

intestino.

El transporte de glucosa a través de la membrana celular se lleva a cabo por dos familias de

proteínas de membrana: las proteínas facilitadoras del transporte de glucosa (GLUT) y

los transportadores de glucosa acoplados a sodio (SGLT). Los GLUT son

transportadores que se expresan en todos los tejidos del organismo (entre ellas las células

absortivas intestinales), constituyendo el principal mecanismo de entrada de la glucosa a las

células, transportándola a favor de su gradiente de concentración, de ahí el nombre de

difusión facilitada. Los SGLT se expresan principalmente en epitelios que se encargan de

la absorción y de la reabsorción de nutrientes (como el epitelio del intestino delgado y el

epitelio tubular renal) y permiten mover la glucosa de un compartimiento a otro,

constituyendo un transporte facilitado dependiente de sodio. La glucosa entra en las

células epiteliales intestinales en contra de su gradiente de concentración por un mecanismo

de cotransporte dependiente de sodio (Na+). Este ión proporciona la fuerza motriz para el

movimiento de la glucosa al interior celular. El gradiente químico de Na+ que impulsa el

transporte de la glucosa se mantiene por la Na+/K+ ATPasa o bomba de sodio y potasio.

[Preg. 210 (2014)].


139

TEMA 11. CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. [p. 153, 190, 238 (2003); 168, 215, 230, 244, 245

(2004); 153, 227 (2005); 146, 156 (2006); 76 (2007); 132, 141, 172, 187 (2008); p. 146, 195, 198,

205, 223, 237 (2010); 146, 175, 177, 209 (2011); 137, 141, 162, 176 (2012); 174, 193, 216, 217

(2013); 126, 136, 148, 160, 172, 179, 193, 225 (2014)]

- La cadena respiratoria mitocondrial consta de una serie de transportadores electrónicos

que actúan secuencialmente, la mayoría de los cuales son proteínas integrales de

membrana con grupos prostéticos capaces de aceptar y donar uno o dos electrones.

- La fosforilación oxidativa comienza con la entrada de electrones en esta cadena

respiratoria; la mayor parte de dichos electrones provienen de la acción de deshidrogenasas

que captan electrones de las vías catabólicas y los canalizan hacia aceptores universales de

electrones: nucleótidos de nicotinamida (NAD+ o NADP+) o nucleótidos de flavina (FMN o

FAD).

- Además de las moléculas transportadoras NAD y de las flavoproteínas, hay otros tres tipos

de moléculas transportadoras que funcionan en la cadena respiratoria:

- Una benzoquinona hidrofóbica (ubiquinona), también llamada coenzima Q; es una

benzoquinona liposoluble que contiene una larga cola isoprenoide. La ubiquinona

difunde libremente dentro de la bicapa lipídica de la membrana mitocondrial interna y

puede hacer de lanzadera de equivalentes de reducción entre otros transportadores

de la membrana menos móviles. Las ubiquinonas transportan protones y electrones

a través de un ciclo redox.

- Citocromos: son proteínas porfirínicas con un grupo hemo12. Las mitocondrias

contienen 3 clases de citocromos, que difieren en su espectro de absorción y que se

designan a, b y c. Los cofactores hemo de los citocromos a y b están unidos muy

fuertemente, aunque no de forma covalente, a sus proteínas asociadas; los grupos

hemo de los citocromos c están unidos de forma covalente a través de residuos

cisteína. Al igual que en las flavoproteínas, el potencial de reducción estándar del

átomo de Fe en el hemo de un citocromo depende de su interacción con las cadenas

laterales de la proteína, por lo que es diferente para cada citocromo. Los citocromos

de los tipos a y b, así como algunos del tipo c son proteínas integrales de la

membrana mitocondrial interna. Una excepción es el citocromo c de las

mitocondrias, que es una proteína soluble que se asocia mediante interacciones

electrostáticas con la parte externa de la membrana mitocondrial interna.

- Proteínas ferrosulfuradas: en éstas el Fe está presente en asociación con átomos

de azufre inorgánico o con átomos de azufre de residuos Cys de la proteína, o con

12

Dicho grupo hemo se encuentra también en la mioglobina, hemoglobina y otras hemoproteínas.


143

INHIBIDORES DE LA CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO [p. 241 (2004); 144

(2006)]

Algunos compuestos inhiben el transporte de electrones en puntos concretos de la cadena;

cuando ejercen su acción se observa una reducción del consumo de oxígeno y, además, los

transportadores anteriores al punto de bloqueo quedan permanentemente reducidos,

mientras que los ubicados en una posición posterior al bloqueo permanecen oxidados.

- Inhibidores del complejo I: se bloquea la transferencia de electrones desde el NADH

hasta el coenzima Q o ubiquinona. Se incluyen la Rotenona (insecticida) y el Amital

(barbitúrico)

.- Inhibidores del complejo III: Antimicina A; bloquea el paso de los electrones del

citocromo b al citocromo c1

- Inhibidores del complejo IV: inhiben a este complejo imposibilitando la transferencia

de electrones del cit a + a3 hasta el oxígeno molecular. Destacan el cianuro, azida

sódica, CO, SH2

FIGURA: Método para determinar la secuencia de transportadores electrónicos. Este método

mide el efecto de inhibidores de la transferencia electrónica sobre el estado de oxidación de cada transportador.

En presencia de un dador electrónico y O2, cada inhibidor da lugar a un patrón característico de transportadores

oxidados/reducidos: los anteriores al bloqueo quedan reducidos (azul) mientras que los posteriores al bloqueo

quedan oxidados (rojo).

Fuente: Fig 19-6 (pag 696) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006”.

Varios procesos en el organismo, entre ellos la cadena de transporte de electrones de la

mitocondria, generan Especies Reactivas de Oxígeno (ROS, en inglés), [p. 190 (2006); 191

(2009]. Dentro de las ROS se incluyen los radicales libres (RL) y otros compuestos de O2 y

N2 que, si bien no son RL, sí son altamente prooxidantes y capaces de generar RL durante

su metabolismo.


144

Radical Libre (RL): Especie química que posee un electrón (e-) desapareado, lo que le

confiere alta capacidad de reacción prácticamente con cualquier molécula y condiciona su

corta existencia. Puede iniciar reacciones en cadena por eliminación de un electrón de otra

molécula para completar su propio orbital, generando así en la molécula atacada un nuevo

RL. La estructura electrónica del oxígeno (que de hecho, es un birradical) favorece su

reducción incompleta por adición de electrones de uno en uno lo que conduce a la formación

de radicales de oxígeno que pueden liberarse de la cadena respiratoria.

Ejemplos de ROS son:

RADICALES LIBRES: Anión Superóxido (O2.-)Radical Hidroxilo (OH.)Radical Peroxilo

(ROO).Radical Alcoxilo (RO. Óxido Nítrico (NO.).

DERIVADOS NO RADICALES: Peróxido de Hidrógeno (H2O2), Ácido Hipocloroso (HOCL),..

Las ROS pueden generarse por vía enzimática y no enzimática, como durante laS

reacciones de formación del radical hidroxilo por Haber-Weiss y Fenton que son catalizadas

por metales. (El radical hidroxilo es el más reactivo de todos y sus efectos dañinos incluyen

a proteínas y ADN. Además es un potente inductor de la peroxidación lipídica de los lípidos

de membrana, proceso que afecta grandemente la estructura y función de ésta, y por ende

la vida celular) [p. 225 (2014)].

FUENTES DE ROS

Fuentes exógenas: Radiación γ, Rayos UV, Ultrasonido, Alimentos, Drogas, Xenobióticos,

Toxinas

Fuentes endógenas: Células (neutrófilos), Enzimas productoras directas de EROs, (NO

sintasa), Enzimas productoras indirectas (xantina oxidasa), Metabolismo (mitocondria),

Enfermedades (ej: procesos isquémicos).

Las ROS tienen utilidad para combatir infecciones bacterianas y como parte de otros

procesos biológicos, pero pueden dañar estructuras subcelulares como las membranas

(peroxidación lipídica) y macromoléculas (como lípidos, proteínas y ADN) con lo cual son

muy importantes los mecanismos de defensa antioxidante. Entre los antioxidantes

destacan las enzimas: superóxido dismutasa, catalasa y glutatión peroxidasa; antioxidantes

endógenos de pequeño peso molecular como el glutatión reducido (GSH); y antioxidantes

exógenos como vitaminas C, E y A y el oligoelemento selenio. Se denomina estrés

oxidativo a la situación en la que las células están expuestas a un ambiente prooxidante

(dado por el aumento de la producción de ROS) y los mecanismos defensivos


145

antioxidantes son sobrepasados de forma que se llega a afectar el estado redox celular [p.

179 (2014)].

FIGURA. Generación e inactivación de ROS. SOD (superóxido dismutasa), GSH (glutatión reducido), GSSG

(glutatión oxidado), TRX (tiorredoxina). Superóxido Dismutasa: dismuta el anión superóxido en peróxido de hidrógeno. Catalasa: actúa sobre el peróxido de hidrógeno transformándolo en agua y oxígeno [p. 172

(2014)].

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA

[p. 180; 223 (2004); 201; 213; 223 (2005); 199 (2006); 8 (2007); 151; 176; 208 (2008)]

Las posibles formas de obtención de ATP en la célula:

- Fosforilación a nivel de sustrato: la oxidación de los sustratos está acoplada con la

síntesis de ATP a través de un intermediario rico en energía. (Ej: se convierte el

fosfoenolpiruvato en piruvato y al mismo tiempo ADP y Pi en ATP).

- Fosforilación oxidativa: la oxidación del NADH y del FADH2 están acopladas a la síntesis

de ATP a través de un gradiente de protones13.

La fosforilación oxidativa puede definirse como un proceso mediante el cual la energía

liberada por el trasiego de los electrones a lo largo de la cadena respiratoria se conserva

mediante la fosforilación de ADP a ATP; es decir, la energía liberada en el transporte

13

En las bacterias fototrofas la captación de energía (luz) se emplea para la síntesis de ATP (fotofosforilación). Dicha fotofosforilación, depende de un mecanismo característico, pero tiene en común con la fosforilación oxidativa el hecho que produce un gradiente electroquímico de protones a

ambos lados de la membrana, el cual a su vez alimenta ATP-sintasas. [Preg 135 (2009)].


251

Arginina: La síntesis de este aa para formar proteínas y no como parte del ciclo de la urea

tiene lugar en el riñón (carece de arginasa), y utiliza como precursor a la citrulina (sintetizada

previamente en la mucosa intestinal). La Arg es precursor de:

óxido nítrico sintasa

- Arg + NADPH citrulina + óxido nítrico17 (que participa en

procesos de neurotransmisión, induce la relajación del endotelio vascular, control de

la presión arterial (vasodilatación), coagulación). [p. 215 (2008); 188 (2014)].

- Arg →→ agmatina (cerebro, al parecer tiene propiedades antihipertensivas).

- Arg + Gly + Met creatina

Serina: Es sintetizada a partir de 3 fosfoglicerato y rinde este compuesto pero por enzimas

diferentes. Además de poder producir el 3 fosfoglicerato de la vía glucolítica, la serina se

puede transformar en piruvato por la acción de la serina deshidratasa, que requiere fosfato

de piridoxal.

Otros derivados de la serina son: esfingosina, cisteína, selenocisteína, (formada por

modificación cotraduccional), colina y etanolamina, glicina y betaína.

Betaína: (trimetilglicina): junto con colina, ácido fólico, vitamina B12 y S-adenosilmetionina, actúa

como donante de grupos metilo en diversas reacciones. La donación de grupos metilo de la

betaína es muy importante para un correcto funcionamiento hepático, la replicación celular, y

diferentes reacciones de desintoxicación. La betaína también participa en la síntesis de carnitina,

y protege a los riñones de ciertos daños. Está estrechamente relacionada con la colina

(tetrametilglicina); la que se puede convertir en betaína cuando dona uno de estos grupos a otra

molécula.

Glicina18: Los niveles de este aa y Ser están estrechamente relacionados.

Fosfato de piridoxal

- Ser + FH4 Gly + metilen FH4

- Es precursor de creatina y glioxilato (precursor de oxalato).

- Gly + benzoato (aditivo alimentario) → ácido hipúrico (eliminación urinaria)

- La Gly es degradada a CO2 + NH4 por el complejo enzimático de rotura de la glicina

requiere fosfato de piridoxal); el déficit de este complejo produce hiperglicemia no

cetósica.

- La Gly y el acetato son precursores del grupo hemo. [p. 106 (2007); 191 (2008)]

17

Se une al grupo hemo de la guanilciclasa y activa la producción de cGMP. En el corazón, el cGMP ocasiona

contracciones menos enérgicas (relajación inducida) al estimular la bomba que expulsan iones Ca2+. Los

nitrovasodilatadores (antianginosos) como la nitroglicerina producen una relajación duradera del músculo

cardíaco a través de la producción de una corriente continua de NO. 18

La glicina es una neurotransmisor inhibitorio,relevante en el tallo encefálico, provoca apertura de canales Cl¯.

Preg 210 (2010).


261

TEMA 22. METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS [p. 182 (2010); 174, 222 (2011);

155 (2014)]

Los nucleótidos son compuestos transcendentes para la célula, no sólo por ser los

componentes de los distintos ácidos nucléicos, sino por su relevante función a nivel

metabólico:

- Como moléculas energéticas (ATP). El ATP es la principal forma de energía química

asequible en la célula.

- Mediadores fisiológicos o segundos mensajeros. Los nucleótidos y nucleósidos

actúan como mediadores fisiológicos de procesos metabólicos claves. El AMPc y GMPc

actúan como segundos mensajeros. A su vez la adenosina es importante para la regulación

del flujo sanguínero; el ADP es crítico para la agregación de plaquetas y, por tanto, para la

coagulación de la sangre.

- Intermediarios activados. Los nucleótidos también sirven como portadores de

intermediarios “activados” necesarios para diversas reacciones. Por ejemplo: la UDP-

glucosa es uyn intermediario clave en la síntesis del glucógenoy de las glucoproteínas. El

CTP se utiliza para generar CDP-colina, CDP-etanolamina y CDP-diacilgliceroles, los cuales

están involucrados en el metabolismo de fosfolípidos…

- Como componentes de coenzimas. Coenzimas tales como el NAD+, NADP+, FAD,

sus formas reducidas y el coenzima A contienen como parte de sus estructuras una porción

de 5´-AMP.

- Como precursores: el GTP es el precursor en la formación del cofactor

tetrahidrobiopterina, necesario para algunas reacciones de hidroxilación y para la

generación de óxido nítrico.

- Efectos alostéricos: en muchos pasos regulados en las vías metabólicas

están controlados por las concentraciones intracelulares de nucleótidos.

Como ya se ha visto los nucleótidos están compuestos por un azúcar (ribosa o

desoxirribosa), una base nitrogenada púrica (A, G) o pirimidínica (C,T,U) unida al azúcar

mediante un enlace B-N-glucosídico, y uno o varios grupos fosfato, teniendo así mono-, di- o

trifosfato.

Las rutas de biosíntesis de estos compuestos son rutas complejas, y

energéticamente costosas. Transcurren completamente en el CITOPLASMA celular.

El azúcar de su estructura se obtiene, tanto en el caso de purinas como en el de las

pirimidinas a partir del fosforribosil pirofosfato PRPP, que deriva a su vez de la ribosa 5P

aportada por la ruta de las pentosas fosfato, mediante una reacción catalizada por el

enzima PRPP sintetasa, que lleva a cabo una transferencia del grupo pirofosfato (PPi)

intacto a la pentosa


271

DEGRADACIÓN DE NUCLEÓTIDOS PURÍNICOS [p. 244 (2003); 233 (2004); 158 (2006); 89

(2007)]

Se degradan en los humanos a ácido úrico. La alteración de enzimas implicados en la

síntesis, degradación o recuperación de purinas pueden conducir a una elevación de los

niveles de ácido úrico.

Enzimas destacados en la degradación son la nucleotidasa (inhibida por el Pb), la

adenosina desaminasa (ADA) y la xantina oxidasa, esta última es inhibida

competitivamente por el alopurinol, que bloquea la formación de urato a partir de hipoxantina

o xantina, y se usa con éxito para el tratamiento de la gota. El alopurinol es un buen ejemplo

de inhibidor suicida de la enzima. (se une al centro activo de la xantina oxidasa que lo

convierte en aloxantina) [Preg. 146 (2014)].

Fuente: Fig 22-45 (pag 874) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006”.

volumen iii: bioquÍmica general y clÍnicade las membranas, pues su naturaleza anfipática favorece...

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