volumen iii: bioquÍmica general y clÍnica · 15.- otras rutas de oxidaciÓn de la glucosa 181...

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

UNIDAD I

BIOQUÍMICA GENERAL

Bioquímica InspiracleQIR/2015

1

TEMA 1. COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS. [p. 206 (2012)]

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos

elementos químicos, aproximadamente 30, lo que confirma la idea de que la vida se ha

desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas

acordes con los procesos químicos que se desarrollan como parte de ésta.

Se denominan bioelementos o elementos biogénicos aquellos elementos químicos que

forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden

agrupar en tres categorías: mayoritarios primarios, mayoritarios secundarios y

oligoelementos.

Bioelementos mayoritarios primarios o principales: C, H, N, O.

Son los elementos más abundantes de la materia viva (constituyen más del 95 % de la masa

total). Éstos son idóneos por sus propiedades físico–químicas, ya que:

1. Pueden compartir electrones entre ellos para completar sus capas electrónicas

externas y formar enlaces. El hidrógeno necesita solamente 1 e-, el oxígeno 2 e-, el

nitrógeno 3 e- y el carbono 4 e-.

2. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlaces estables:

particularmente significativa es la capacidad del carbono para formar enlaces

covalentes C-C de gran estabilidad (348 KJ/mol).

3. Carbono, nitrógeno y oxígeno pueden compartir más de un par de electrones,

formando incluso enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad

para la formación de otras estructuras químicas (cadenas más o menos largas,

lineales, ramificadas, anillos…).

4. A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes

tipos de moléculas orgánicas adoptan estructuras tridimensionales en muchos

casos biológicamente activas.

5. Las combinaciones del carbono con otros elementos químicos permite la aparición

de diversos grupos funcionales que dan lugar a las diferentes biomoléculas que

conforman a los seres vivos.


7

TEMA 2. GLÚCIDOS. [p. 157, 228, 229 (2010); 139, 140, 170, 183, 239 (2011); 112, 140,

175, 189, 205 (2012); 148 (2013)].

Los glúcidos son moléculas orgánicas caracterizadas por la presencia de cadenas

carbonadas portadoras de grupos hidroxilos y funciones aldehídicas, cetónicas, ácidas o

aminadas.

DISTRIBUCIÓN EN LA NATURALEZA

Son compuestos naturales ampliamente distribuidos:

a) Como elementos estructurales; confiriendo resistencia

celulosa; pared celular de los vegetales

quitina: exoesqueleto de invertebrados

polisacáridos de la pared bacteriana

b) Como reserva energética

almidón, reserva vegetal

glucógeno, reserva animal

CLASIFICACIÓN

InspiracleQIR/2015 Bioquímica

10

En el caso de las cetosas, para un nº igual de átomos de carbono, comparándolas con sus

aldosas correspondientes, tienen un átomo de carbono menos sustituido asimétricamente (el

carbono que porta la función cetónica no es un carbono asimétrico). Así, tomando como

ejemplo una cetotetrosa, observamos que tiene dos isómeros (21), uno de la serie D y otro

de la serie L, frente a los 4 que apreciábamos en el caso de las aldotetrosas, pues tiene sólo

un carbono asimétrico.

Fuente: Fig 7-3 (b) (pag 241) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006”.

La mayor parte de las osas naturales pertenecen a la serie D

*TIPOS DE ESTEREOISÓMEROS [p. 259 (2004); 131 (2008)]

ENANTIÓMEROS: se definen como imágenes especulares no superponibles, son las parejas

D y L; así, D-glucosa y L-glucosa son enantiómeros. La mezcla equimolecular de

compuestos enantiómeros se denomina mezcla racémica

DIASTEREOISÓMEROS: la configuración de los grupos hidroxilo es diferente en un carbono o

más, aquí se incluyen:

Epímeros, si sólo se diferencian en la configuración del hidroxilo de un C asimétrico, por ejemplo, la

D-Glucosa y la D-Manosa son 2-epímeros, la D-Glucosa y la D-Galactosa son 4-epímeros.

Anómeros: difieren en la configuración entorno al carbono anomérico


24

negativamente. Los glucosaminoglucanos están presentes en la matriz extracelular de los

tejidos de animales multicelulares, están interconectados con proteínas fibrosas (elastina, la

fibronectina y la minina).[p. 9 (2007); p. 224 (2009)]

MUCOPOLISACÁRIDO UNIDAD REPETITIVA DISACÁRIDA LOCALIZACIÓN

FUNCIÓN ESTRUCTURAL

Elevada tendencia a la hidratación, actuando como lubricantes

Confieren viscosidad y elasticidad (conforman el cemento intercelular y son

amortiguadores)

Suelen unirse de forma covalente a proteínas (excepto el ácido hialurónico),

formando los proteoglucanos2

Compuestos sensibles al ataque por hialuronidasa (presente en

microorganismos y espermatozoides)

ÁC HIALURÓNICO

No está sulfatado

Líquido sinovial

Cordón umbilical

Humor vítreo

CONDROITÍN

SULFATO

Es el más

abundante

Cartílago

Ligamentos

Tendón

DERMATÁN

SULFATO

Piel

Vasos

sanguíneos

Válvulas

2 Nombre reservado a las moléculas híbridas de polisacáridos y proteínas.


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)]


47

3.2.1. TERPENOS

Se forman a partir de cadenas isoprenoides que permanecen lineales. Entre los más

importantes:

- vitaminas A, E y K (vitaminas liposolubles). [p. 97 (2007)]

- ubiquinona o coenzima Q (su síntesis requiere selenio), junto con el citocromo c

participa como elemento móvil en la cadena de transporte electrónico

3.2.2. ESTEROIDES [p. 209 (2004); 147; 217 (2005); 207 (2008)]

Derivan fisiológicamente del colesterol, aunque estructuralmente procedan del

ciclopentanoperhidrofrenanteno. Mayoritariamente son de origen eucariota.

Dentro de este grupo se clasifican las hormonas esteroideas, los ácidos biliares, la vitamina

D (también es un derivado isoprenoide al igual que el resto de esteroides) y el colesterol.

Colesterol (27C)

Fuente: Fig 10-16 (pag 355) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006”.

El colesterol es el principal esteroide en los tejidos animales, muy abundante en mamíferos,

es un compuesto anfipático, con:

- un grupo de cabeza polar, un hidroxilo en C3 (polo hidrofílico y posición de

esterificación con ácidos grasos),

- un cuerpo hidrocarbonato apolar formado por el núcleo esteroide y la cadena lateral

hidrocarbonada ramificada en C20 (cola apolar)

- una insaturación en C5

- grupos metilo en C18 y C19

El colesterol ejerce un papel fundamental regulando la fluidez de las membranas de las

células eucariotas, puesto que ello depende del cociente fosfolípidos/colesterol, de este

modo, a mayor contenido en colesterol, menor será la fluidez de la membrana.


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.


53

4.1.5 Ionización [p. 211; 217 (2003); 149; 163 (2004); 25; 113 (2007); 104; 149; 213 (2008)]

- Los aminoácidos son solubles en agua, poseen dos grupos ionizables. A pH adecuado

toman la forma de ión dipolar o ión mixto, denominándose también ZWITTERION (del

alemán “ión híbrido”).

- Lo anterior implica que en función del pH del medio pueden comportarse como ácidos o

como base, por lo que pueden definirse como compuestos anfóteros (no confundir con

anfipático). Aminoácidos que contengan grupos básicos en la cadena lateral (lisina,

arginina), se encontrarán ionizados con carga positiva neta a pH < 7, mientras que

aminoácidos ácidos (grupos ácidos en la cadena lateral) como el glutamato y aspartato a pH

= 7 (pH > pKa) se encontrarán con carga neta negativa.

- Los aminoácidos tienen curvas de titulación características, y su patrón de fases (curvas

difásicas ó trifásicas) depende del nº de grupos ionizables, así, los aminoácidos con grupos

ionizables en la cadena lateral (tyr, glu, arg…), tienen curvas de disociación más complejas.

- Un aminoácido puede considerarse, mediante la pérdida sucesiva de dos protones, como

un diácido, y se caracteriza por tener dos constantes de ionización, y por consiguiente dos

pK, el pK1 y el pK2:

- El primer pK está comprendido generalmente entre pH=2 y pH=3. Corresponde a la

disociación del grupo carboxilo

- El segundo pK corresponde a la disociación del grupo NH3+, se encuentra próximo a

10.


62

Fuerzas que estabilizan la hélice

La hélice está estabilizada por enlaces de hidrógeno que se establecen entre el átomo

de hidrógeno unido al átomo de nitrógeno electronegativo de un enlace peptídico y el

átomo de oxígeno carbonílico electronegativo del cuarto aminoácido del lado amino

terminal de ese polipétido. Se dice que en este tipo de estructura, el aminoácido

espacialmente más próximo a un aminoácido (n) es el (n+3) ó (n+4).

Cada uno de los enlaces peptídicos, salvo los próximos a cada extremo de la hélice

participa en el establecimiento de enlaces de hidrógeno, de manera que cada vuelta

sucesiva de la hélice se mantiene unida a las vueltas adyacentes mediante 3 ó 4 enlaces

de hidrógeno.

Factores que afectan a la estabilidad de la hélice

- Repulsión (o atracción) electrostática entre residuos sucesivos con grupos R

cargados (ej: glutamatos o lisinas adyacentes, a pH fisiológico).

- Interacciones entre cadenas laterales de aminoácidos separados tres (o 4) residuos

- Volumen de los grupos R adyacentes (también la forma). Aminoácidos

desestabilizantes son Asn, Ser, Thr y Cys


65

Giros beta [p. 226 (2005)]

Son elementos de conexión que unen tramos sucesivos de hélices alfa o conformaciones

beta. Son muy frecuentes los giros beta que conectan los extremos adyacentes de dos

segmentos de hojas beta antiparalelas.

Estas estructuras forman giros cerrados de 180º mediante enlaces de H establecidos entre

los grupos peptídicos del primer y cuarto aminoácidos de los 4 implicados en el giro.

A menudo se encuentran Gly y Pro.

Los giros B suelen ubicarse en la superficie de las proteínas globulares

En el plegamiento de una proteína existe un estado intermedio denominado glóbulo fundido, en el que

se han formado casi todos los elementos de estructura secundaria.

4.3.2.3. Estructura terciaria. [p. 142; 146; 162 (2003); 84 (2007); 155; 214 (2009)]

Hace referencia al plegamiento espacial completo y compacto de cada cadena.

Incluye el conjunto de interacciones, covalentes o de otro tipo, como puentes disulfuro,

puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals e interacciones

iónicas.

El efecto hidrofóbico favorece el plegamiento de las proteínas. En la estructura de las

proteínas hay aminoácidos apolares, los cuales poseen alta tendencia a asociarse entre sí,

en el interior de la proteína plegada. La interacción entre estos fragmentos polares, provoca

un incremento de la entropía del agua, lo cual compensa la propia pérdida de entropía del

inherente al proceso de plegamiento. El incremento de la entropía de algua viene producido

por la liberación de moléculas de agua en el proceso de interacción (unión) entre los

fragmentos apolares, debido a la propia tendencia del agua a minimizar el contacto con

moléculas hidrofóbicas. Preg 197 (2012).

En esta estructura, los fragmentos con estructuras secundarias variadas pueden combinarse

con zonas sin estructura secundaria definida, o zonas de giro donde las cadenas se pliegan

con un patrón determinado.

La disposición de los aminoácidos difiere según la proteína sea fibrosa o globular, así, en las

proteínas globulares (que suelen ser solubles):

- los aminoácidos no polares se sitúan preferentemente hacia el interior de la proteína,

para evitar el contacto con el disolvente acuoso

- los residuos con carga suelen ubicarse hacia el exterior , interaccionando con el

medio acuoso

- los grupos polares de los aminoácidos sin carga se distribuyen a lo largo de la

cadena polipeptídica, pero con cierta preferencia, aparecen también hacia la zona

externa.


67

PROTEÍNAS FIBROSAS PROTEÍNAS GLOBULARES

Constan mayoritariamente de un único

tipo de estructura secundaria

Suelen contener varios tipos de

estructura secundaria

Proteínas de los tejidos estructurales Incluyen enzimas, proteínas de

transporte, proteínas motoras, proteínas

reguladoras, inmunoglobulinas…

α-queratinas, β- queratinas, colágeno Mioglobina, hemoglobina

PROTEÍNAS FIBROSAS

Colágeno [p. 207 (2003); 151 (2004); 194 (2006); 50 (2007); 137; 165; 225 (2008); 241 (2009)]

Es la proteína más abundante del cuerpo humano.

Se caracteriza por formar fibras muy insolubles y muy resistentes a la tracción, pero, a la

vez, flexibles.

El colágeno es una glucoproteína, pues se unen covalentemente monómeros de galactosa o

disacáridos galactosa –glucosa a los hidroxilos de la lisina.

Desde el punto de vista estructural presenta una estructura secundaria única, está

compuesto por secuencias de unidades de tropocolágeno, que se repiten de forma regular.

Cada unidad de tropocolágeno consta de tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas α.

Cada una de estas cadenas posee un arrollamiento levógiro, y las tres cadenas se

entrelazan entre sí mediante enlaces cruzados, formando una triple hélice dextrógira

(tropocolágeno).

Existen muchos tipos de colágeno en vertebrados. Normalmente contienen alrededor de un

35% de Gly, un 11 % de Ala y un 21 % de Pro y de 4-OH-Pro (formada por hidroxilación

catalizada por la *prolil hidroxilasa y requiere ascorbato (Vitamina C) para su síntesis).

La secuencia de aminoácidos del colágeno suele corresponder a la repetición de un

tripéptido del tipo Gly-X-Y, donde X suele ser Pro e Y con frecuencia es 4OH-Pro.

Las uniones entre las cadenas alfa son tan estrechas, que prácticamente es la Gly el único

aminoácido que puede acomodarse.

*La prolil hidroxilasa y la lisil hidroxilasa requieren para catalizar la reacción de hidroxilación, vit C (el

colágeno es menos estable cuando hay ausencia de esta vitamina) y Fe+2

[p. 218 (2014)].

EL fallo en la hidroxilación de la prolina y lisina tiene importantes consecuencias patológicas.


68

Las fuerzas que estabilizan las cadenas de colágeno:

- Entrecruzamientos covalentes cruzados (ó “puentes de piridinolina”), por acción

de una lisil oxidasa (requiere Cu2+ y vit B6), que transforma la lis y la *OH-Lis en

derivados aldehidicos (lisinal ó al-lisina)

- Puentes de hidrógeno intracatenarios

* El colágeno y la elastina son las dos únicas proteínas que contienen hidroxilisina y se glucosilan en

los hidroxilos.

Las moléculas de colágeno contienen en sus extremos unas cortas secuencias de

aminoácidos, que son esenciales para el establecimiento de los enlaces cruzados y el

correcto alineamiento de las mismas, se denominan telopéptidos.

En total, se han postulado más de 30 especies de colágeno, de las cuales se han

caracterizado 9.

Tipos, composición y ubicación principal del colágeno

Tipo Característica Tropocolágeno Ubicación Contenido

I Forma fibras

(90% total) [1(I)]2[2(II)] En hueso, tendón,

ligamentos, piel,

córnea y pulpa dental

HOLys bajo

Glicosilación bajo

Fibras finas

II Forma fibras [1(II)]3 Cartílago, humor

vítreo

HOLys alto

Glicosilación alto

Fibra ancha

III Forma fibras [1(III)]3 Piel joven, vasos

sanguíneos, pulpa

dental

HOPro alto

HOLys bajo

Glicosilación bajo

Puentes disulfuro

extras en C-

terminal

IV Forma mallas [1(IV)]2[2(IV)] Lámina basal HOLys alto

Glicosilación alto

Pobre en Ala

V Forma fibras [1(V)]2[2(V)] Idem al tipo I, menor

abundancia

HOLys alto

Glicosilación alto

Pobre en Ala

VII Forma mallas [1(VII)]3 Lámina del epitelio

estratificado

---

IX Asociado a fibras [1(IX)][2(IX)]

[3(IX)]

Cartílago ---

XI Forma fibras [1(XI)][2(XI)]

[3(XI)]

Idem al tipo II, menor

abundancia

---

XII Asociado a fibras [1(XII)]3 Tendón, ligamentos ---


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.

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)]


71

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.

Una técnica de gran utilidad en el diagnóstico de hemoglobinopatías es la electroforesis de

hemoglobina. En la electroforesis de hemoglobina en acetato de celulosa se obtienen

tres fracciones diferenciadas: Hb A, Hb A2 y anhidrasa carbónica. Las condiciones

experimentales para la electroforesis pueden variarse, y con ellas los resultados obtenidos,

por ejemplo: en la electroforesis capilar se elimina la banda correspondiente a la anhidrasa.

Técnicas para la determinación de estructuras de macromoléculas:

[p. 189 (2004)]

1. Estructura primaria: espectrometría de masas (también es la técnica que se utiliza

para determinar con mayor exactitud el peso molecular de una proteína.

2. Estructura secundaria (análisis conformacional): métodos ópticos (dicroismo

circular fundamentalmente y dispersión rotatoria óptica) y espectroscopia (de IR, UV

y fluorescencia).

3. Estructura terciaria (análisis tridimensional): resonancia magnética nuclear (RMN) y

difracción de rayos X.

AGENTES DESNATURALIZANTES O CAOTRÓPICOS: [p. 228 (2006); 17

(2007)]

La conformación nativa de una proteína es la estructura tridimensional biológicamente

activa, por lo que la pérdida de la misma implica la pérdida de su actividad. Dicha

conformación es sensible a varios agentes desnaturalizantes. Estos compuestos pueden

facilitar la acción de proteasas, provocan la pérdida de estructura secundaria y terciaria,

pero no afectan la estructura primaria de la proteína. Por lo general implica un aumento de la

viscosidad. La desnaturalización en algunos casos puede ser reversible.

Agentes desnaturalizantes:

pH extremo o temperaturas elevadas

Cloruro de guanidinio: rompe enlaces no covalentes.

β-mercaptoetanol, ditiotreitol y ácido perfórmico: rompen los puentes disulfuro.

Urea: rompe puentes de H.

Detergentes (ej: dodecilsulfato de sodio = SDS): desnaturaliza dotando de una carga

superficial negativa a la proteína. Muy utilizado en SDS-PAGE (electroforesis en gel


88

REGULACIÓN ENZIMÁTICA. [p. 179; 187 (2003); 219 (2004); 142; 230 (2005); 73; 133;

160 (2008); 133; 222; 233 (2009)] La actividad enzimática puede regularese a nivel de la síntesis de la propia proteína con al

función enzimática, o a nivel de la proteína ya sintetizada.

Existen diferentes niveles de regulación de la actividad enzimática:

- Control de la cantidad / concentración de enzima: regulación LENTA. Se lleva a

cabo a nivel de la expresión de los genes que codifican las enzimas, implicando un

control de la síntesis y la degradación de las mismas. (ADN → ARN → proteína).

- Compartimentación: de forma general las enzimas que participan en una misma ruta

suelen ubicarse en el mismo compartimiento subcelular. La compartimentación permite

la separación de dos rutas opuestas que podrían interferirse mutuamente (ej: biosíntesis

de ácidos grasos transcurre en el citosol, mientras su degradación transcurre en la matriz

mitocondrial), y permite regular la velocidad de funcionamiento de ambas rutas

controlando la disponibilidad de sustrato. Algunas rutas poseen enzimas en

compartimentos diferentes (ej: gluconeogénesis, ruta para sintetizar glucosa a partir de

precursores no glucídicos, posee etapas citosólicas, la mayor parte, y una mitocondrial).

- Existencia de Isoenzimas: Formas múltiples de una enzima con diferente localización

en el organismo, que catalizan la misma reacción pero exhibiendo parámetros

cinéticos diferentes (afinidad diferente por un sustrato). Presentan diferente pHi, PM

(movilidad electroforética), sensibilidad a moduladores de la actividad enzimática, etc.

(Ej: LDH, CPK, FAlc).

- Activación por proteólisis o existencia de zimógenos (proenzimas): Muchas

enzimas son sintetizadas de una forma inactiva como zimógenos o proenzimas y se

activan por proteólisis. Este tipo de activación es irreversible y transcurre por la acción

de proteasas. (Ej: proteasas digestivas: quimotripsinógeno / quimotripsina, pepsinógeno /

pepsina; proteínas de la cascada de la coagulación: fibrinógeno/ fibrina; proteínas del

complemento, proinsulina / insulina por pérdida del péptido C).

- Control de la actividad enzimática: regulación RÁPIDA, mediante enzimas

reguladoras, implica el control de la velocidad de la ruta. Puede ser: regulación

covalente reversible (Ej: por fosforilación, adenilación, metilación, etc.) y/o

regulación alostérica reversible por sustrato o moduladores.

Regulación covalente reversible: Generalmente por fosforilación reversible de una

enzima que alterna entre dos formas: una más activa y otra menos activa. Suele estar

mediada por la acción hormonal. Mecanismo más habitual: H → H – R → activación de

proteína G → activación de Adenilato Ciclasa → ↑ AMPc → activación de proteína kinasa A →

fosforilación de la enzima. La enzima fosforilada puede ser más o menos activa. La

regulación por modificación covalente requiere de la acción de otras enzimas. En el caso


90

Se distinguen dos tipos de interacciones como resultado de la naturaleza oligomérica de

las enzimas alostéricas:

Homotrópicas (COOPERATIVIDAD): Efecto de un ligando sobre otro ligando

idéntico con sitios de unión equivalentes (Ej: la unión de O2 a una molécula de Hb

estimula la unión de otros O2 a la Hb). Los procesos de cooperatividad suelen ser

positivos.

Heterotrópicas (ALOSTERISMO): Efecto de un ligando sobre otro ligando diferente

con sitios de unión no equivalentes (Ej: la unión del 2,3-diP- glicerato a la Hb afecta la

unión de O2 a la propia Hb). Pueden ser positivas o negativas.

Modelos para explicar la CINÉTICA ALOSTÉRICA:

Las enzimas alostéricas no siguen una cinética de Michaelis-Menten, por lo que no tienen un

comportamiento hiperbólico típico de ésta, sino que en una representación de actividad

enzimática vs [sustrato] la curva es de tipo sigmoidal (de manera que pequeños cambios en

la [S] provocan grandes cambios en la actividad enzimática).

Modelos explicativos:

1) Modelo concertado o simétrico de MONOD-WYMAN-CHANGEAUX: Propone que

el enzima existe solo en dos estados: tenso (T) y relajado (R) (no existiendo estados

híbridos), que se encuentran en equilibrio. Los sustratos y activadores, aunque

puedan unirse al estado T poseen mayor afinidad por el estado R, de ahí que lo

favorecen, mientras que los inhibidores o la ausencia de sustrato favorecen el estado

T.

2) Modelo secuencial o asimétrico de KOSHLAND: Propone que el efecto de la

fijación del ligando se transmite secuencialmente, mediante una sucesión de estados

híbridos, a través del oligómero, dando lugar a una afinidad creciente o decreciente

hacia el ligando por los protómeros contiguos. Explica tanto alosterismo como

cooperatividad (tanto positiva como negativa, infrecuente).

Nota: la representación de Scatchard se basa en el estudio de la unión de ligando a receptor y suele

utilizarse para determinar el número de sitios de unión de un ligando a la enzima. Permite calcular

constantes de afinidad ligando – proteína.


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.


137

FUNCIONES DEL CICLO DE KREBS [p. 220 (2004)]

- Ciclo anfibólico: tiene tanto carácter catabólico (degradando las moléculas de AcCoA)

como anabólico, pues varios de los intermediarios del ciclo pueden utilizarse para

biosintetizar distintos compuestos.

Fuente: Fig 16-15 (pag 617) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006”.

- Reacciones anapleróticas: se definen como reacciones que abastecen de intermediarios a

un ciclo. A medida que los intermediarios van siendo retirados del ciclo de krebs para servir

como precursores biosintéticos, son repuestos mediante reacciones denominadas

anapleróticas. Las más importantes se recogen en la tabla.

Fuente: Tabla 16-12 (pag 618) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª

ed., 2006”.


140

los dos al mismo tiempo. Estos centros ferrosulfurados van desde estructuras

sencillas con un solo átomo de Fe coordinado con 4 residuos cys mediante el azufre

de sus cadenas laterales, hasta centros Fe-S más complejos con dos o cuatro

átomos de Fe. Las proteínas ferrosulfuradas de Rieske, son una variante de las

anteriores, en las que un átomo de Fe está coordinado con dos residuos de His en

lugar de con dos de cys.

Los transportadores implicados en la cadena de transporte electrónico funcionan en orden

de potenciales de reducción crecientes, ya que los electrones tienden a fluir

espontáneamente desde los transportadores con un E’º (potencial de reducción estándar)

más bajo hacia los transportadores con un E’º más elevado.

- Según lo comentado, el orden deducido de los transportadores es como sigue:

NADH Q (ubiquinona) cit b cit c1 cit c cit a cit a3 O2 .

FLUJO DEL TRANSPORTE DE LOS ELECTRONES

- Los transportadores de electrones de la cadena respiratoria están organizados en

complejos supramoleculares incrustados en la membrana mitocondrial interna:

COMPLEJO I

También llamado NADH:ubiquinona oxidorreductasa o NADH deshidrogenasa; canaliza

el flujo de electrones desde el NADH a la ubiquinona. Es una flavoproteína compuesta por

varias cadenas polipeptídicas que contiene un grupo prostético FMN y varios centros

ferrosulfurados; cataliza dos tipos de procesos acoplados:


231

TEMA 20. METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEÍNAS [p. 145 (2003); 232

(2004); 216, 222 (2010); 142, 176, 240 (2011); 118 (2012); 128 (2013); 202, 214 (2014)]

Los lípidos provenientes de la dieta, sintetizados por el hígado o liberados por el tejido

adiposo, deben ser trasladados hasta los tejidos que necesiten emplearlos.

• Como los lípidos son insolubles en agua, el problema de cómo transportarlos se resuelve

asociando los lípidos apolares (TAG y CE) con otros lípidos anfipáticos (FL y CL) y con

proteínas (apolipoproteínas) para constituir lipoproteínas.

CONSTITUYENTES DE LAS LIPOPROTEÍNAS

- Capa anfipática periférica, constituida por

fosfolípidos y colesterol libre en la interfase,

disponiendo sus grupos polares en contacto

con el medio acuoso.

- Interior hidrofóbico, formado por

triglicéridos y colesterol esterificado

- Contiene además una fracción protéica

denominada apoproteína


232

APOPROTEÍNAS MÁS IMPORTANTES

Apolipoproteínas de las lipoproteínas plasmáticas humanas

Apolipoptroteína Masa molecular Lipoproteína asociada Función (si se conoce)

ApoA-I 28.331 HDL Activa la LCAT; interacciona con

el transportador ABC

ApoA-II 17.380 HDL

ApoA-IV 44.000 Quilomicrones. HDL

ApoB-48 240.000 Quilomicrones

ApoB-100 513.000 VLDL, LDL Se une al receptor de LDL

ApoC-I 7000 VLDL, HDL

ApoC-II 8837 Quilomicrones, VLDL,

HDL

Activa la lipoptoteína lipasa

ApoC-III 8751 Quilomicrones, VLDL,

HDL

Inhibe la lipoproteína lipasa

ApoD 32.500 HDL

ApoE 34.145 Quilomicrones, VLDL,

HDL

Desencadena la eliminación de

VLDL y quilomicrones residuales

*ApoE: presenta varias isoformas, la mayoritaria es la ApoEIII. Las isoformas EI y EII interaccionan

ineficazmente con los receptores hepáticos, por lo que son lentamente catabolizadas (pasan a LDL),

mientras las isoformas EIII y EIV son reconocidas y rápidamente catabolizadas por el hígado.

Además, se han relacionado las isoformas EII conla hiperlipoproteinemia tipo III (ver más adelante) y

el fenotipo E IV (el minoritario?) parece conferir a sus portadores un mayor riesgo de padecer la

enfermedad enfermedad cardiovascular (por elevación del colesterol LDL) y la enfermedad de

Alzheimer.

PRINCIPALES LIPOPROTEÍNAS EN PLASMA

Composición (%)

Lipoproteína Densidad

(g/ml)

Proteína Fosfolípido Colesterol

libre

Ésteres de

colesterol

Triacilgliceroles

Quilomicrones <0,95 2 9 1 3 85

VLDL <1,006 10 18 7 12 50

IDL 1,006-1,019 18 12 8 30 31

LDL 1,019-1,063 23 20 8 37 10

HDL 1,063-1,210 55 24 2 15 4


243

TEMA 21. METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS [p. 157 (2004), 145, 169, 180,

197, 242 (2010); 132, 133, 137, 150, 190, 219 (2011); 127, 150, 163, 166, 185, 203, 224 (2012; 132,

146, 170, 180, 185, 188, 191, 192, 195, 200, 233 (2014)]

La fracción de energía metabólica generada a partir de los aminoácidos, ya sean

procedentes de las proteínas de la dieta o de proteínas de los tejidos, varía mucho según el

tipo de organismos y las situaciones metabólicas.

En los animales, los aminoácidos sufren degradación oxidativa en tres situaciones:

- Durante la síntesis y degradación normales de proteínas celulares (recambio

protéico), algunos de los aá liberados durante la degradación de las proteínas se

degradan oxidativamente si no se necesitan para la síntesis de nuevas proteínas.

- Cuando una dieta es rica en proteínas y los aás ingeridos exceden las necesidades

corporales para la síntesis de proteínas, el excedente se cataboliza; los aás no se

pueden almacenar.

- Durante la inanición o la diabetes mellitus, en las que no hay glúcidos disponibles, o

estos no son utilizados adecuadamente, se recurre a las proteínas celulares como

combustible.

Los aá obtenidos a partir de las proteínas de la dieta son la fuente de la mayor parte de

grupos amino. La digestión de proteínas ocurre en estómago e intestino por proteasas de los

jugos gástrico y pancreático: el jugo gástrico presenta PEPSINA, proteasa que genera

péptidos y algunos aa libres. El jugo pancreático contiene varias proteasas (tripsina,

quimotripsina, carboxipeptidasa A y B, aminopeptidasa). Las proteasas y peptidasas se

sintetizan como zimógenos y se activan por proteólisis. De los zimógenos, la activación del

tripsinógeno es iniciada por la enteropeptidasa. La absorción de aa se produce en

intestino delgado y de ahí los aminoácidos pasan a la circulación.

La mayoría de aás se metabolizan en el hígado. Parte del amoníaco generado en este

proceso se recicla se utiliza en diversas rutas biosintéticas; el exceso se excreta

directamente o se convierte en urea o ácido úrico para su excreción, según el organismo.

El exceso de amoníaco generado en otros tejidos (extrahepáticos) se transporta al hígado

(en forma de grupos amino) para su conversión en la forma en que se excreta.

El glutamato y la glutamina desempeñan papeles especialmente críticos en el metabolismo

del nitrógeno, actuando como una especie de puntos de recogida de grupos amino. En el

citosol se los hepatocitos, los grupos amino de la mayoría de los aminoácidos se

transfieren al alfacetoglutarato formando glutamato. A continuación se transporta el

glutamato a la mitocondria, donde se elimina el grupo amino en forma de NH4+.


244

El exceso de amoníaco generado en la mayor parte de los tejidos se convierte en el

nitrógeno amídico de la glutamina, que pasa al hígado y seguidamente a las mitocondrias

hepáticas. En la mayoría de los tejidos, la glutamina o el glutamato se encuentran en

concentraciones más elevadas que el resto de aminoácidos.

En el músculo esquelético, los grupos amino en exceso se transfieren al piruvato formando

alanina, otra molécula importante en el transporte de grupos amino al hígado.

CATABOLISMO DE LOS AMINOÁCIDOS EN EL HÍGADO

TRANSAMINACIÓN [p. 250 (2003); 166 (2004); 1 (2007); 164 (2009)]

El primer paso es la eliminación de los grupos amino, catalizado por enzimas

transaminasas, que catalizan la transferencia de un grupo amino al átomo de carbono del

alfacetoglutarato, dejando el correspondiente alfacetoácido análogo del aminoácido.

El cometido de las reacciones de transaminación es recoger los grupos amino de muchos

aminoácidos diferentes en forma de glutamato. El glutamato funciona a continuación como

grupo dador de grupos amino para rutas biosintéticas o para rutas de excreción que

conducen a la eliminación de productos nitrogenados de deshecho (ciclo de la urea).

Las células contienen varios tipos de aminotransferasas, todas contienen como grupo

prostético el piridoxal fosfato (PLP) forma coenzimática de la vitamina B6.

Las distintas transaminasas se diferencian en su especificidad por el aminoácido; entre las

más abundantes en los tejidos destacan:

- GOT: glutamato /oxalacetato transaminasa; su par aá/alfacetoácido sería

alfacetoglutarato/aspartato; también se denomina aspartato aminotransferasa.

- GPT: glutamato/piruvato transaminasa, cuyo par sería alfacetoglutarato/alanina

El nivel elevado de estas transaminasas es un indicio de enfermedad hepática o cardíaca.

Por acción de las transaminasas el nitrógeno de los aás se recoge en forma de glutamato.

DESAMINACIÓN OXIDATIVA [p. 104 (2005)]

Los grupos amino de muchos aminoácidos se recogen en el hígado en forma del grupo

amino del glutamato. A continuación estos grupos amino son eliminados del glutamato para

prepararlos para la excreción. En los hepatocitos el glutamato se transporta desde el citosol

a la mitocondria, en donde experimenta desaminación oxidativa catalizada por la glutamato

deshidrogenasa.

En mamíferos este enzima se encuentra en la matriz mitocondrial; es el único enzima que

puede utilizar tanto NAD+ como NADP+ como aceptor de los equivalentes de reducción.

La acción combinada de una transaminación y una desaminación oxidativa se denomina

TRANSDESAMINACIÓN. Algunos aminoácidos se saltan esta ruta de desaminación y se

desaminan directamente.


245

La reacción inversa de la desaminación oxidativa es la aminación reductora y se lleva a cabo

mediante fosfato del piridoxal y fosfato de piridoxamina.

TRANSPORTE DE AMONÍACO AL HÍGADO POR LA GLUTAMINA

El amoníaco es muy tóxico para los tejidos animales, por lo que sus niveles en sangre están

regulados. En algunos tejidos, incluído cerebro, se genera amoníco libre en algunos

procesos tales como la degradación de nucleótidos. En la mayoría de animales el exceso de

amoníaco se convierte en un compuesto no tóxico, antes de ser exportado de los tejidos

extrahepáticos a la sangre y transportado al hígado o los riñones.

El glutamato, que es tan importante para el metabolismo intracelular de grupos amino es

sustituido por la glutamina para esta función de transporte. El amoníaco libre producido en

los tejidos se combina con glutamato dando glutamina (glutamina sintasa).

La glutamina constituye una forma de transporte no tóxica del amoníaco; normalmente está

presente en la sangre en concentraciones mucho mayores que otros aminoácidos, además

la glutamina sirve de fuente de grupos amino en muchas reacciones de biosíntesis.

En la mayoría de los animales terrestres, la glutamina en exceso respecto a la necesaria

para la biosíntesis se transporta por la sangre al intestino, hígado y riñones para su

tratamiento.

En estos tejidos el nitrógeno amídico se libera en forma de un ión amonio dentro de las

mitocondrias, en donde el enzima glutaminasa convierte la glutamina en glutamato y NH4+.

TRANSPORTE DE AMONÍACO DESDE LOS MÚSCULOS AL HÍGADO EN FORMA DE

ALANINA

La alanina también juega un papel importante en el transporte de grupos amino al hígado en

una forma no tóxica, mediante el ciclo de la glucosa-alanina (esquema en tema de

gluconeogénesis). En el músculo y algún otro tejido que degrada aás como combustible, los

grupos amino se recogen en forma de glutamato por transaminación. El glutamato puede

entonces convertirse en glutamina para su transporte al hígado o puede o puede transferir

su grupo amino al piruvato por acción de la alanina aminotransferasa, la alanina así formada

pasa a la sangre y es transportada hasta el hígado. En el citosol de los hepatocitos, la

alanina aminotransferasa, transfiere el grupo amino de la alanina al alfacetoglutarato,

formando piruvato y glutamato. El glutamato puede entrar en las mitocondrias, donde la

reacción de la glutamato DHasa libera NH4+.


246

CICLO DE LA UREA [p. 165; 197 (2003); 228 (2005); 178 (2006); 4; 15; 57; 74 (2007); 137

(2009); p. 242 (2010)]

Si no se reutilizan para la síntesis de nuevos aminoácidos u otros productos nitrogenados,

los grupos amino se canalizan a un único producto final de excreción. En función de la

naturaleza del compuesto de excreción, podemos clasificar a los organismos en:

amonotélidosexcretan el nitrógeno amínico en forma de amoníaco (peces)

uricotélidos el nitrógeno es excretado en forma de ácido úrico (aves y mamíferos)

ureotélidos la excreción de nitrógeno se lleva a cabo mediante la producción de urea (la

mayoría de animales terrestres)

En los animales ureotélidos el amoníaco depositado en las mitocondrias de los hepatocitos,

se convierten en urea mediante el ciclo de la urea. La producción de urea tiene lugar casi

exclusivamente en el hígado y representa el destino de la mayor parte del amoníaco allí

canalizado. La urea pasa al torrente sanguíneo y de ahí a los riñones y se excreta en la

orina.

La urea se sintetiza gracias a una ruta de 5 etapas enzimáticas, y cuyas dos primeras

reacciones transcurren en la matriz mitocondrial; las restantes tienen lugar en el citosol de

los hepatocitos.

El primer grupo amino que entra en el ciclo de la urea proviene del amoníaco de la matriz

mitocondrial (NH4+). El NH4

+ generado en las mitocondrias hepáticas se utiliza

inmediatamente, junto con el CO2 (en la forma HCO3-) producido por la respiración

mitocondrial, para dar carbamil-P en la matriz, en una reacción catalizada por la carbamilP

sintetasa I, un enzima regulador. El carbamil-P, que funciona como un dador activado del

grupo carbamilo, entra ahora en el ciclo de la urea que consta de 4 etapas enzimáticas (ver

esquema). El ciclo de la urea en eucariotas requiere transportadores de membrana

específicos para determinados metabolitos porque la membrana interna mitocondrial es

impermeable.


247

El déficit de cualquiera de las enzimas del ciclo de la urea da lugar al acúmulo de NH4

(hiperamonemias) lo que se trata con una dieta pobre en proteínas, rica en glúcidos y alfa-

cetoácidos y con benzoato (sódico). Si la deficiencia es total, puede llegar a ser incompatible

con la vida.

Tipos Enzima deficitaria

Hiperamonemia tipo I y II Carbamil fosfato sintasa I y Ornitina transcarbamilasa, respectivamente.

Citrulinemia Argininosuccinato sintetasa

Aciduria arginino-succínica Argininosuccinato liasa

Argininemia Arginasa

Otros N-acetil glutamato sintetasa

Otras situaciones que también provocan hiperamonemia son: ayuno (por el aumento del

catabolismo proteico, deshidratación e insuficiencia hepática (cirrosis, síndrome de Reye y

encefalopatía hepática).

REGULACIÓN

El flujo de nitrógeno a través del ciclo de la urea varía con la dieta de un individuo a otro.

Cuando la dieta es mayoritariamente protéica, la utilización de los esqueletos carbonados de

los aminoácidos como combustible da lugar a la producción de mucha urea a partir del

exceso de grupos amino.


248

Durante la inanición prolongada, en la que la degradación de la proteína muscular empieza

a suministrar gran parte de la energía metabólica del organismo, también aumenta de forma

sustancial la producción de urea.

Estos cambios en la demanda de actividad del ciclo se consiguen a largo plazo mediante la

regulación de las velocidades de síntesis de los cuatro enzimas del ciclo de la urea y de la

carbamil-P-sintetasa I.

Los cinco enzimas se sintetizan a velocidades más elevadas durante la inanición o en los

animales con dietas muy ricas en proteínas. Los animales con dietas más pobres en

proteínas producen niveles más bajos de los enzimas.

Una regulación a más corto plazo es la ejercida por un metabolito, el N-acetil glutamato,

que es sintetizado por la N-acetil-glutamato sintasa a partir de glutamato y acetilCoA. Este

metabolito activa alostéricamente a la carbamil-P-sintetasa I; sus niveles vienen

determinados por las concentraciones de acetilCoA y glutamato, así como de la arginina.

DEGRADACIÓN DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AMINOÁCIDOS [p. 195 (2003);

212 (2004); 220 (2005); 240 (2009)]

Para la degradación oxidativa de los 20 aminoácidos protéicos exiten 20 rutas diferente. En

el hombre estas rutas aportan entre el 10 y el 15% de la producción energética. Esto implica

que las rutas degradativas de los 20 aás individuales son mucho menos energéticas.

Estas 20 rutas distintas convergen en 5 productos finales que forman parte del ciclo de

krebs. Desde el ciclo de krebs, los carbonos de esos compuestos se pueden desviar a la

gluconeogénesis o a la cetogénesis o bien pueden oxidarse completamente a CO2 y H2O

(en este caso tienen que entrar como acetilCoA) a través del ciclo de Krebs y la cadena de

transporte electrónico.

De los 20 aminoácidos sólo 10 degradan sus esqueletos carbonados total o parcialmente,

generando en última instancia acetilCoA.

Sólo hay dos aminoácidos que son exclusivamente cetogénicos (rinden acetilCoA o

acetoacetato): lisina y leucina.

*Los aminoácidos ramificados leucina, isoleucina, y valina son oxidados como combustible en el

músculo, tejido adiposo, riñón y cerebro, ya que contienen una aminotransferasa específica que actúa

sobre esos aminoácidos, generando los alfacetoácidos correspondientes.


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volumen iii: bioquÍmica general y clÍnica · 15.- otras rutas de oxidaciÓn de la glucosa 181...

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