antología bioquímica q.f.b. melba fernandez rojas

NDICEBIOQUMICA.................................................................................................

I. CLULA.....................................................................................................

II. AGUA........................................................................................................

III. AMINOCIDOS.......................................................................................

IV. ENZIMAS Y COENZIMAS.......................................................................

V. INTRODUCCIN AL METABOLISMO....................................................

VI. CARBOHIDRATOS................................................................................

VII. LPIDOS................................................................................................

BIBLIOGRAFA............................................. ..............................................

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BIOQUMICALa Bioqumica juega un papel trascendental en todas las reas de Ciencias de la Salud.

Gran parte de las enfermedades son consecuencia de alteraciones moleculares en clulas, rganos o tejidos. Se requieren slidos fundamentos bioqumicos para entender su fisiopatologa, llegar al diagnstico y desarrollar una teraputica apropiada.

La bioqumica es la qumica de la vida.

La bioqumica puede definirse de manera ms formal como la ciencia que se ocupa de la base qumica de la vida (del griego, bios: vida). La clula es la unidad estructural de los sistemas vivientes. La consideracin de este concepto conduce a una definicin funcional de la bioqumica como la ciencia que se ocupa de los constituyentes qumicos de las clulas vivas y de las reacciones y procesos que experimentan. Con esta definicin, la bioqumica abarca extensas reas de la biologa celular, la biologa molecular y la gentica moIecular.

El campo de la bioqumica es tan amplio como la vida misma. Dondequiera que hay vida, se producen procesos qumicos. Los bioqumicos los estudian en microorganismos, vegetales, insectos, peces, aves, mamferos y en el ser humano.

El hecho de que la Bioqumica sea la ciencia que estudia la vida a nivel molecular como

ciencia fundamental y necesaria para otras disciplinas que se ocupan del fenmeno vital. As, la Anatoma, Histologa, Fisiologa y otras materias relacionadas adquieren otra dimensin cuando el estudio macroscpico, relacionado a estas reas de conocimiento morfolgicas y funcionales, se desarrolla de forma paralela al enfoque molecular que proporciona la Bioqumica.

As mismo, otras disciplinas como la Microbiologa, Gentica, Embriologa, Fisiologa, Neuroqumica y otras ciencias implicadas en los fenmenos vitales, necesitan del lenguaje bioqumico para profundizar adecuadamente.

La Bioqumica es la piedra angular sobre las que se apoyan todas y cada una de las ciencias relacionadas con la vida.

Figura 1 Ejemplos de la avenida bidireccional que conecta la bioqumica y la medicina. El conocimiento de las molculas bioqumicas mostradas en la parte superior del diagrama ha esclarecido el entendimiento de las enfermedades mostradas en la mitad inferior y, a la inversa, los anlisis de las enfermedades que se muestran abajo han aclarado muchas reas de la bioqumica.

Antologa de Bioqumica / 1era. Edicin 2015 Q. F. B. Melba Fernndez Rojas

1 Curso Propedutico

Lgica Molecular de la Vida

A pesar de la gran diversidad de todos los organismos vivos, todos son semejantes a nivel qumico y celular.

Todos los seres vivos estn constituidos cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos qumicos.

De todos los elementos que se encuentran en la corteza terrestre, slo 30 son componentes de los seres vivos. Se denominan bioelementos aqullos elementos que forman parte de los seres vivos.

Se denominan Biolelementos a los elementos qumicos que constituyen los seres vivos. Tambin reciben el nombre de elementos biogenticos y pueden ser clasificados segn su abundancia en tres grandes grupos. Fig. 1-2

1. Biolementos primarios : H, O, C, N. Son los ms abundantes, representan un 99.3% del total de tomos del cuerpo humano. El Hidrgeno, el que ms abunda, junto con el oxgeno, ya que forman parte del agua.2. Bioelementos secundarios : Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe. Constituyen prcticamente el 0.7% del total de tomos del cuerpo humano. 3. Oligoelementos: Mn, I, Cu, Co, Zn, F, Mo, Se, y otros. Aparecen slo en trazas o en cantidades mnimas, pero an as, su presencia es esencial para el correcto funcionamiento del organismo. Su ausencia determina la aparicin de enfermedades carenciales o sntomas de dficit.

Anlogamente a lo que ocurre con los bioelementos, las Biomolculas son las molculas constituyentes de los seres

vivos. Atendiendo a su naturaleza qumica, se pueden clasificar las biomolculas en dos grandes grupos :

1. Biomolculas inorgnicas : Agua (la biomolcula ms abundante). Gases (oxgeno, dixido de carbono). Sales inorgnicas (aniones, como fosfato y bicarbonato, y cationes como amonio)

2. Biomolculas orgnicas : Glcidos (glucosa, glucgeno). Lpidos (triglicridos, colesterol). Protenas (enzimas, hemoglobina). cidos nuclicos (ADN, ARN). Metabolitos (cido pirvico, cido lctico).

Segn la especializacin de cada tejido, existe una diferente distribucin celular cualitatita y cuantitativa de las biomolculas, siendo la ms abundante , el agua.

Figura 2 Biolelementos qumicos que constituyen los seres vivos.


2Curso Propedutico

Conceptos de Clula, Tejido y rgano

Clula La clula es la unidad de organizacin (estructura) y funcin bsica de la vida en todos los organismos. Proceden de la divisin de otra clula preexistente, siendo idntica a esta gentica, estructural y funcionalmente. Las semejanzas bsicas entre su estructura y composicin molecular proporcionan evidencias que todas las clulas tiene un origen evolutivo comn (Figura 1.1).

Tejido En biologa se llama tejido a una estructura constituida por un conjunto organizado de clulas diferenciadas, ordenadas regularmente, que realizan un trabajo fisiolgico coordinado. Esta estructura forma un nivel superior de organizacin biolgica superior a la clula.

rganoUn rgano es una agrupacin de diversos tejidos que forman una unidad estructural encargada del cumplimiento de una funcin determinada. Se encuentra en un nivel

biolgico superior a tejido pero inferior a sistema.

Tipos de clula

Las clulas se pueden clasificar en dos grandes grupos: Eucariotas y Procariotas.La procariota es una clula sin ncleo celular diferenciado, es decir, su ADN no est confinado en el interior de un ncleo, si no libremente en el citoplasma (ej. Bacterias) y carece de organelos. En contraste, la clula eucariota es compleja y altamente organizada, contienen organelos rodeados de membrana con funciones especficas que se encuentran en el citoplasma. Presentan un ncleo prominente que contiene el 99% del cdigo gentico, el ADN.

Organelos de las clulas eucariotas

Las clulas eucariotas tienen un volumen superior al de las clulas procariotas, entre 1000 y 10 000 veces, contienen numeroso organitos membranosos y no membranosos, todos ellos contenidos en los lmites establecidos por la membrana plasmtica. En este apartado se har nfasis en los organelos ms relevantes (Figura 1.2).

Ncleo En este organelo se encuentra la informacin gentica, el ADN, por lo que su duplicacin se lleva a cabo en el ncleo, proceso que est regulado por diversas enzimas y protenas especializadas. La transcripcin tambin se efecta en el ncleo.

UNIDAD I:CLULA


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Figura 1.1 Organizacin Celular.

Retculo Endoplasmtico Consta de una red de membranas internas paralelas que envuelven al ncleo y se extienden hacia muchas regiones del citoplasma y estn conectadas entre s. Existen dos tipos de retculo: Liso (REL) y rugoso (RER).

El RER se considera como una extensin de la membrana nuclear, presenta numerosos ribosomas en su superficie externa. El RER tiene una funcin principal en la sntesis,

modificacin y ensamblaje de protenas.

El REL presenta continuidad con el RER, tienen apariencia tubular y son de superficie lisa (no presentan ribosomas). El REL es el sitio principal de sntesis de lpidos necesarios para la formacin de membranas celulares. Es un centro de desintoxicacin puesto que efecta la transformacin qumica de drogas lo que permite eliminar compuestos txicos. En clulas animales, el REL sintetiza hormonas a partir de colesterol (Figura 1.3).

Aparato de Golgi Est formado por una serie de sacos membranosos aplanados y apilados llamados cisternas, cada cisterna tiene un espacio interno (luz) Cada apilamiento del complejo de Golgi consiste en 3 zonas denominadas caras cis (superficie de entrada), trans (superficie de salida) y regin media ubicada entre ambas caras. Por lo general la cara cis se localiza prxima al RER y recibe protenas procedentes del RER. La cara trans est ms prxima a la membrana plasmtica y clasifica, empaqueta y distribuye las proteinas maduras segn su destino; el carbohidrato de las glicoprotenas puede constituir una seal de clasificacin (Figura 1.4).


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Figura 1.2 Clula Eucariota.

Figura 1.3 Retculo Endoplsmico.Figura 1.4 Aparato de Golgi.

Lisosomas Son organelos esfricos que se encuentran dispersos en el citoplasma de la mayora de las clulas animales, se encuentran rodeados por una nica membrana y estn llenos de enzimas digestivas que se sintetizan en el RER. Las enzimas hidrolizan macromolculas complejas por lo que se liberan los monmeros que los componen y son reutilizados por la clula. En condiciones normales, los lisosomas degradan membranas y organelos que han han dejado de funcionar en la clula (autofagia).

MitocondriaLas mitocondrias presentan doble membrana: externa e interna. La membrana externa es permeable a molculas pequeas e iones. La membrana interna esta plegada

formando crestas que aumentan el rea de superficie, es impermeable a la mayora de las molculas o iones y est separada de la membrana externa por un espacio intermembrana.

La membrana interna rodea la matriz mitocondrial, una solucin acuosa muy concentrada de enzimas (ciclo de Krebs) e intermediarios qumicos. La matriz contiene al menos un ADN mitocondrial circulante de doble hlice, que contiene 1% de la informacin gentica de la clula.

La mitocondria es el centro de respiracin aerobia de la clula, esta respiracin ocurre en la membrana interna mitocondrial y la matriz mitocondrial. En la mitocondria se sintetiza ATP que es la moneda energtica de la clula, es la fuente de energa mediante la cual las clulas pueden realizar sus tareas vitales. Tienen una funcin importante en la muerte celular programada (apoptosis) Figura 1.5.

El Citoesqueleto Es un armazn tridimensional que est presente en el citoplasma, proporciona a la clula resistencia mecnica, forma y capacidad de movimiento. Participa en la divisin celular y en el transporte de materiales dentro de la clula.

Est formado por tres tipos de filamentos: microtbulos, microfilamentos y filamentos intermedios. Los microtbulos y los microfilamentos estn formados por subunidades globulares de protenas dispuestas en forma de perla que se pueden ensamblar y desensamblar rpidamente.

Los filamentos intermedios estn formados por subunidades fibrosas de protena y son ms estables que los otros dos.


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Figura 1.5 Mitocondria.


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Figura 1.6 Citoesqueleto.

Cuadro 1.1 Principales funciones de los organelos celulares.

Todas las clulas eucariotas tienen microtbulos y microfilamentos, solo algunos de animales tienen filamentos intermedios (Figura 1.6).


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Cuadro 1.2 Jerarqua Molecular.

Importancia biomdica

El 71% de la superficie terrestre esta cubierta por agua y el 97% est en los ocanos. En los seres vivos, el agua representa el 70% del peso total. Es la nica sustancia que podemos encontrar en la tierra de forma natural como slido (hielo), lquido o gas (vapor de agua). Gracias a sus propiedades fisicoqumicas permite la vida en nuestro planeta.

El agua, una molcula notablemente esencial para la vida, solubiliza y modifica las caractersticas de biomolculas como cidos nucleicos, protenas y carbohidratos al formar puentes de hidrgeno con sus grupos funcionales.

Tiene una propensin leve a disociarse hacia iones hidrxido y protones. La concentracin de protones, o acidez, de soluciones acuosas por lo general se reporta usando la escala de pH. La homeostasis, conservacin de la composicin del medio interno que es esencial para la salud, incluye considerar la distribucin del agua en el cuerpo y la preservacin del pH as como de concentraciones electrolticas apropiadas. En el cuerpo, el agua puede encontrarse en un compartimento intracelular y otro extra-celular. Dos terceras partes del agua corporal total (55 a 65% del peso corporal en varones y alrededor de 10% menos en mujeres) es lquido intracelular. Del lquido extracelular remanente, el plasma sanguneo constituye cerca de 25 por ciento.

UNIDAD II:AGUALa regulacin del equilibrio hdrico depende de mecanismos hipotalmicos para controlar la sed, de la hormona antidiurtica y de la retencin o excrecin del agua por los riones. Los estados de deplecin de agua y exceso de Iquido corporal son bastante comunes. En muchos casos se acompaan de deficiencia o exceso de sodio. La deplecin hdrica puede deberse a una disminucin de la ingestin de lquidos o bien un incremento de la prdida. Las causas de exceso de agua corporal se deben al incremento en la ingestin.

La conservacin del lquido extracelular dentro de un pH entre 7.35 y 7.45, en donde el sistema amortiguador de bicarbonato tiene una funcin importante, es esencial para la salud. Las alteraciones del equilibrio cido-bsico se diagnostican en el laboratorio clnico por medicin del pH de la sangre arterial y el contenido de CO2 en la sangre venosa. Las causas de la acidosis (pH sanguneo < 7.35) incluyen cetoacidosis diabtica y acidosis lctica; mientras que las de la alcalosis (pH sanguneo > 7.45) comprenden el vmito de contenido gstrico o el tratamiento con ciertos diurticos.

Estructura de la molcula del agua

La molcula del agua es un tetraedro irregular con oxgeno en el centro.Los dos enlaces con hidrgeno se dirigen hacia dos vrtices del tetraedro, en tanto que los electrones no compartidos del oxgeno en el orbital 2sp3 ocupan los dos vrtices restantes.


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El ngulo entre los dos tomos de hidrgeno (105 grados) es algo menor que el ngulo del tetraedro (109.5 grados), formando una figura geomtrica ligeramente asimtrica.

Un ncleo de hidrgeno parcialmente desprotegido, unido de manera covalente a un tomo de oxgeno que extrae electrn, puede interactuar con un par de electrones no compartidos sobre otro tomo de oxgeno para formar un enlace de hidrgeno. Dado que las molculas de agua tienen estas dos caractersticas, la formacin de enlaces de hidrgeno favorece la autoasociacin de molculas de agua hacia disposiciones ordenadas.

La mayora de las Biomolculas establecen un modelo estructural que maximiza las oportunidades para la formacin de interacciones de carga dipolo, dipolo dipolo, y formacin de enlaces de hidrgeno, favorables desde el punto de vista energtico entre grupos polares sobre la biomolcula y el agua. Tambin minimiza contactos desfavorables desde el punto de vista energtico entre el agua y grupos hidrofbicos.

La propiedad del agua de servir como solvente para iones y numerosas molculas orgnicas se debe a su carcter bipolar y a su capacidad para formar puentes de hidrgeno. Las molculas que pueden

Figura 2.1 La molcula de agua tiene forma tetradica.

formar puentes de hidrgeno con el agua (por ejemplo, compuestos con radicales 4N o SH, aminas, steres, aldehdos y cetonas) se solvatan con facilidad lo que por su solubilidad en agua aumenta. Grupos apolares como aquellos presentes en hidrocarburos no tienen capacidad para formar uniones hidrgeno y, por tanto, son insolubles en agua.

La estructura del agua es distinta en respuesta al estado

de agregacin en el que se encuentre:

Figura 2.2 Izquierda: asociacin de dos molculas de agua dipolares mediante un enlace de hidrgeno (lnea punteada).Derecha: agrupacin de cuatro molculas de agua con enlaces de hidrgeno. Note que el agua puede servir de manera simultnea como donador y como aceptor de hidrgeno.

En estado slido, las molculas de agua son capaces de formar cuatro puentes de hidrgeno por que las molculas de agua se encuentran restringidas en su movimiento.A temperatura ambiente y a la presin de la atmsfera, las molculas de agua estn desorganizadas y en un continuo


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Figura 2.3 Estructuras de los estados del agua.

movimiento, de modo que forman en promedio 3,4 puentes de hidrgeno con las molculas vecinas (Figura 2.3).

Como muchos otros compuestos, el agua mantiene ciertas propiedades fsico-qumicas de gran importancia (Cuadro 2.1).

Algunas propiedades del agua le confieren importancia en

funciones biolgicas vitales:

Gracias a su capacidad de mantenerse liquida a temperatura ambiente y a su propiedad de solvente universal, acta como un medio de transporte de sustancias en el organismo.

Adems, su alto calor de vaporizacin (energa necesaria para romper puentes de hidrgeno para el cambio de estado) y su alto calor especfico (energa necesaria para elevar su temperatura 1 C) la convierten en mecanismo termorregulador por excelencia, absorbiendo el exceso de calor o cediendo energa si es necesario, de tal manera que ayuda a mantener la temperatura corporal el organismo.

Otras propiedades importantes:

La estructura del agua en la interfase agua-aire (como en los ros) no estn sujetas a fuerzas de atraccin semejante es en todas direcciones, de modo que el agua tiene una resistencia para aumentar su

Masa molecular 18 Dalton (Da)Punto de fusin 0 CPunto de ebullicin 100 CDensidad a 4 C 1g/cm3Densidad a 0 C 097 g/cm3


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superficie. De esta manera, los cuerpos y algunos animales como moscos o araas pueden desplazarse sobre la superficie del agua (Figura 2.4).

En relacin con las molculas de agua, se dice que puede establecer diferentes tipos de interacciones dependiendo de la naturaleza del compuesto con el que se quiera interactuar:

1.- Interacciones hidrofbicas:

Alude a la tendencia de compuestos no polares a autoasociarse en un ambiente acuoso. La autoasociacin minimiza la dis rupcin de interacciones desfavorables desde el punto de vista energtico entre las molculas de agua circundantes, impidiendo el establecimiento de mas puentes de hidrgeno.

2.- Interacciones electroestticas:

Interacciones entre grupos cargados ayudan a dar forma a la estructura biomolecular. Las interacciones electrost-ticas entre grupos con carga opuesta dentro de biomolculas se denominan puentes de sal.

Cuadro 2.1 Propiedades importantes del agua.

Figura 2.4 Tensin superficial del agua.

El plasma; es el componente lquido de la sangre; est contenido dentro del sistema vascular (arterias y venas) y contribuye con un total de 3 litros, lo que constituye un 5% del peso corporal.

Segn su polaridad en agua, los compuestos pueden clasificarse:

Polares (hidroflicas): contienen grupos funcionales con enlaces covalentes polares (Enlaces OH en alcoholes, -N-H de las aminas, etc) formando puentes de hidrgeno con agua.

No polares: contienen enlaces covalentes no polares (C-H en hidrocarburos etc) que no forman puentes de hidrgeno con el agua.

Anfipticas: Parte de la molcula interaccina con el agua porque contiene enlaces covalentes polares y la otra parte

3.- Fuerzas de van der Waals:

Surgen por atracciones entre dipolos transitorios generados por el movimiento rpido de electrones de todos los tomos neutros.

Los lquidos del cuerpo humano se dividen :

Lquido intracelular (dentro de las clulas): todo el lquido que est dentro de las clulas, el mayor compartimiento lquido, contiene aproximadamente 25 litros y constituye cerca del 40% del peso corporal.

Lquido intersticial o extracelular (fuera de las clulas): todo el lquido que baa a las clulas y por supuesto todo material que entre o salga de estas, debe cruzar este compartimiento que contiene un volumen total de 12 litros y constituye aproximadamente el 15% del peso corporal. Incluye el plasma

Cuadro 2.2 Propiedades del agua y funciones biolgicas.


11 Curso Propedutico

no, por cuanto tiene enlaces covalentes no polares.

Las molculas de agua muestran una tendencia leve pero importante a disociarse.

La capacidad del agua para ionizarse, si bien es leve, tiene importancia fundamental para la vida. Dado que el agua tiene la capacidad de actuar como un cido y como una base, su ionizacin puede representarse como una transferencia de protn intermolecular que forma un ion hidronio (H3O+) y un ion hidrxido (OH):

H O + H O H O+ + OH 223

El protn transferido en realidad se relaciona con una agrupacin de molculas de agua. Los protones existen en solucin no slo como H3O+, sino tambin como multmeros tipo H5O2+ y H7O3+. Sin embargo, el protn se representa de manera sistemtica como H+, aun cuando de hecho est muy hidratado.

El PH es el logaritmo negativo De la concentracin de ion hidrgeno:

El trmino pH fue introducido en 1909 por Sorensen, quien lo defini como el logaritmo negativo de la concentracin de ion hidrgeno: pH = log [H]

Esta definicin, si bien no es rigurosa, es suficiente para muchos propsitos bioqumicos; a fin de calcular el pH de una solucin: 1. Se calcula la concentracin de ion hidrgeno [H+]. 2. Se calcula el logaritmo base 10 de [H+]. 3. El pH es el negativo del valor que se encuentra en el paso 2.

Los valores de pH bajos corresponden a concentraciones altas de H+, y los valores de pH altos corresponden a concentraciones bajas de H+. Los cidos son donadores de protones y las bases son aceptores de protones. Los cidos fuertes (p. ej., HCl, H2SO4) se disocian por completo hacia aniones y protones, incluso en soluciones fuertemente acdicas (pH bajo); por su parte, los cidos dbiles se disocian slo en parte en soluciones acdicas. De modo similar, las bases fuertes (p. ej., KOH, NaOH) no as las bases dbiles (p. ej., Ca[OH]2) estn por completo disociadas a pH alto.


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Adems de proporcionar las unidades monmero para sintetizar las cadenas polipeptdicas largas de protenas, los L--aminocidos, participan en funciones celulares diversas transmisin nerviosa, biosntesis de porfirinas, purinas, pirimidinas y urea .Los polmeros cortos de aminocidos llamados pptidos desempean funciones importantes en el sistema neuroendocrino hormonas, factores liberadores de hormona, neuromoduladores o neurotransmisores .

Los seres humanos carecen de la capacidad para sintetizar 10 a 20 L--aminocidos comunes en cantidades adecuadas para el crecimiento y mantener la salud. No sorprende que defectos genticos en el metabolismo de los aminocidos puedan conducir a trastornos graves (fenilcetonuria y Enf. De la orina de jarabe de maple). La dieta del ser humano debe de contener cantidades adecuadas de estos aminocidos esenciales (desde el punto de vista nutricional). Las protenas del ser humano solo contienes L--aminocidos, los microorganismos hacen uso extenso de D- -aminocidos (Figura 3.1).

En las Protenas Solo Existen L- - AminocidosSi bien algunos aminocidos de protenas son dextrorrotatorios y otros levorrotatorios, todos comparten la configuracin gentica absoluta de L- gliceraldehido, y asi, son L- -aminoacidos (Cuadro 3.1).

Formacin del Enlace PeptdicoEl enlace peptdico es un enlace amida que se establece entre el grupo - carboxilo de un aminocido y el grupo -amino del otro aminocido (Figura 3.2).

Todos los pptidos tienen un grupo -amino libre en un extremo, a la izquierda, (Nterminal) y un grupo - carboxilo libre en el otro, a la derecha (C-terminal), que pertenece a l ltimo aminocido aadido a la cadena.

UNIDAD III: AMINOCIDOS Y PROTENAS



Figura 3.1 Estructura del Aminocido.

Figura 3.2 Formacin del enlace peptdico.


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Cuadro 3.1 L- Aminocidos presentes en protenas

Los Grupos Funcionales Dictan las Reacciones Qumicas de los Aminocidos Cada grupo funcional de un aminocido muestra todas sus reacciones qumicas caractersticas. Para grupos de cido carboxlico, tales reacciones incluyen la formacin de esteres, amidas y anhidricos acidos-, en el caso de los grupos amino, comprende acilacion, amidacion y esterificacin; en tanto que para grupos OH y SH, conlleva oxidacin y esterificacin.

La reaccin de mayor importancia de los aminocidos es la formacin de un enlace pptido (Figura 3.4).

3.3 rdenes de la Estructura de las Protenas

Niveles de organizacin estructural de las protenas.

Los niveles de organizacin estn dictados por la secuencia de aminocidos. Se estabilizan por interacciones entre los grupos R de la protena, pueden ser:- No covalentes: puentes de hidrgeno, atraccin electrosttica (puente salino) e hidrofbicas- Covalentes: puentes de disulfuro entre otros- Formacin de puentes hidrgeno entre los grupos C=O y N-H de los enlaces peptdicos (estructura secundaria).



Figura 3.4 Nomenclatura de las protenas.

Los Cuatro rdenes de Estructura de las Protenas La naturaleza modular de la sntesis y el plegamiento de las protenas estn incorporados en el concepto de rdenes de estructura de protena: estructura primaria, la secuencia de aminocidos en una cadena polipeptdica; estructura secundaria, el plegado de segmento de polipptidos cortos (3 a 30 residuos) y contiguos, hacia unidades ordenadas de manera geomtrica; estructura terciaria, el montaje de unidades estructurales secundaria hacia unidades funcionales de mayor tamao como el polipptido maduro y los dominios que lo componen y, por ltimo, estructura cuaternaria, el nmero y los tipos de unidades polipeptdicas de protenas oligomricas y su disposicin espacial (Cuadro 3.2).

Estructura PrimariaSecuencia de aminocidos de unacadena polipeptdica.Se escribe del N- al C-terminal.

Estructura SecundariaEs la conformacin local de secuencias de residuos de aminocidos en un polipptido. Se distinguen tres clases de estructura secundaria: Hlice, Lmina plegada y vueltas-.

La estructura secundaria se estabiliza por puentes de hidrgeno entre los grupos carbonilo (C=0) y NH de los enlaces peptdicos.Estabilizadas por puentes de hidrgeno entre todos los grupos C=O y N-H de los enlaces peptdicos.

Estructura Terciaria Estructura 3-D de un polipptido.Resulta del plegamiento del polipptido con sus elementos de estructura secundaria en

una conformacin nica a pH fisiolgico, dictada por la secuencia de aminocidos.La estructura 3D nica es la responsable de la funcin biolgica y se conoce como conformacin o protena nativa.Las protenas mantienen la conformacin nativa a pH fisiolgico y a la temperatura del organismo. Ej: La mioglobina.

Estructura CuaternariaLa estructura cuaternaria define la composicion polipeptidica de una proteina y, para una protena oligomerica, las relaciones espaciales entre sus protomeros o subunidadedes. Ej: hemoglobina, - queratina, fibras de la seda.


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Cuadro 3.2 Estructura de las protenas.

Propiedades generales de las enzimas

La mayora de las reacciones qumicas celulares presenta una elevada energa libre de activacin (energa mnima necesaria para que se produzca la reaccin). En consecuencia dichas reacciones en las clulas son muy lentas (Figura 4.1).

Las enzimas y coenzimas son catalizadores biolgicos de naturaleza proteica que son producidas por las clulas mediante la expresin de los genes en el ADN, y que aceleran la reaccin segn las necesidades de la clula, y as acortan el tiempo para alcanzar el equilibrio sin alterarlo.

Presentan estructura primaria, secundaria y terciaria, y en algunas ocasiones, pueden presentar estructura cuaternaria. Las enzimas presentan una conformacin nativa biolgicamente activa a pH fisiolgico.

Las enzimas actan sobre los reactantes

(sustratos), originando as productos.

A la regin donde se une el sustrato y ocurre la conversin del sustrato en producto se le llama: sitio activo (Figura 4.2).

Las enzimas son altamente especficas. Esto quiere decir, que no se unen a un sustrato que no le corresponde.

La especificidad del sitio activo se refiere a la capacidad de seleccin del sustrato por la enzima. Varios factores contribuyen a esta propiedad: la 3D del sitio activo, caractersticas qumicas del sitio activo y la estructura del sustrato (Figura 4.3).

Dentro de una clula hay cientos de enzimas distintas. La especificidad hace que dentro de un mismo compartimiento subcelular puedan tener lugar, a la vez, cientos de reacciones distintas sin que se confundan.

Existe un modelo, llamado modelo de Fischer, que es conocido como llave

UNIDAD IV: ENZIMAS Y COENZIMAS



Figura 4.1 Activacin de las enzimas.

Figura 4.2 Reacciones Enzimticas.

cerradura y explica que la enzima viene aser como una llave que slo est destinada a abrir una cerradura.

Sin embargo, En 1958, Daniel Koshland sugiere una modificacin al modelo de la llave-cerradura: las enzimas son estructuras bastante flexibles y as el sitio activo podra cambiar su conformacin estructural por la interaccin con el sustrato.

Clasificacin de las enzimas

Las enzimas se pueden clasificar en:Oxidorreductasas: Relacionadas con reacciones de xido-reduccin.

Transferasas: Catalizan el traspaso de grupos qumicos, menos hidrgeno y oxgeno. Ejemplos son metiltransferasas, aciltransferasas, glucosiltransferasas

Hidrolasas: Tienen la capacidad de introducir los elementos del agua en el sustrato atacado, produciendo hidrlisis. Son las esterasas, fosfatasas y glicosidasas.

Liasas: Catalizan la introduccin o eliminacin de un grupo qumico a una doble ligadura.

Isomerasas: catalizan diversos tipos de isomerizacin.

Ligasas: Permiten la unin de dos molculas simultneamente a la degradacin de ATP u otro enlace qumico, con la liberacin de energa necesaria.

Factores que afectan la actividad enzimtica

La actividad de las enzimas puede ser regulada.

Algunas enzimas requieren cofactores en el sitio activo para efectuar su actividad biolgica. Estos pueden ser de dos clases:1. Elemento inorgnico (Fe2+, Mg2+, Cu2+ )2. Molcula orgnica [coenzima] (FMN, FAD, NAD+, CoASH)

Cualquiera de los dos cofactores puede estar unido a la enzima de manera dbil (cosustrato) o de manera estrecha (grupo prosttico).

La formacin del complejo enzima-sustrato es intervenido por mltiples interacciones individuales dbiles que liberan una pequea cantidad de energa libre, conocida como energa de enlazamiento. Entre estas puede estar, el efecto del pH, la temperatura o la concentracin de la enzima:

El pH en el cual la velocidad de la reaccin es mxima se denomina pH ptimo, que generalmente vara entre 6 y 8.La temperatura ptima es la de nuestro cuerpo, entre 35 a 37 C. El incremento de temperatura, aumenta la energa de las molculas y favorece las reacciones enzimticas. Pero, si se incrementa demasiado la temperatura, la estructura secundaria, terciaria y cuaternaria, se pueden desestabilizar, y ocasionar una prdida de la actividad.


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Figura 4.3 Especificidad Enzimtica.

Existen sustancias que impiden la funcin de las enzimas. Son llamados inhibidores. Existen inhibidores por competencia (que tienen la forma del sustrato, y se sita en el sitio del mismo en la enzima) y por no competencia (bloquea los sitios activos de una enzima de modo irreversible).

Anlisis enzimtico en diagnstico de enfermedades

La presencia de una actividad enzimtica elevada en el plasma puede indicar una lesin tisular, que se muestra por la liberacin de enzimas en el plasma. Los ejemplos ms comunes son:

Amilasa: Pancreatitis, paperas e intoxicacin alcohlica.

Fosfatasa cida: cncer de prstata, enfermedad de Gaucher, mieloma mltiple, cncer de hueso, hepatitis, destruccin de plaquetas.

Fosfatasa alcalina: enfermedades hepticas, metstasis de hueso, leucemia y tumores.

TGP y ALT: enfermedad hepatocelular, cirrosis, tumor metastsico, ictericia, hepatitis y congestin heptica.

TGO y AST: necrosis, infarto y enfermedades hepticas. Aumenta tras 12 horas de infarto y disminuye pasados 5 das.

Creatina fosfoquinasa: distrofia muscular de Duchenne.

Deshidrogenasa lctica DHL: infartos al miocardio. Se eleva al 3 da del infarto y se normaliza de 5 a 10 das despus..

CPK: Se utiliza para dx de infarto al miocardio. Aumenta de 4 a 6 horas y disminuye a los 2 o 3 das. Tambin aumenta en la distrofia muscular.

Aldolasa: Distrofia muscular

Lipasa: Se eleva en trastornos hepticos. Colinesterasa: Sndrome nefrtico

Ceruloplasmina: Enfermedad de Wilson y degeneracin hepatolenticular.

Gammaglutamil transferasa GGT: Se eleva en todo tipo de trastorno heptico. Es la enzima ms sensible de todas.

Troponinas: este es un complejo de tres protenas comprendidas en la contraccin muscular en los msculos estriado y cardaco, no en el liso. Proporciona indicadores sensibles y especficos de dao del msculo cardaco.



Metabolismo y leyes de la termodinmica en sistemas

biolgicos

Los seres vivos son mquinas qumicas, obtienen sus componentes y energa mediante reacciones qumicas. Al conjunto de reacciones qumicas en un ser vivo se denomina metabolismo. El metabolismo est constituido por dos procesos: catablico y anablico. El catabolismo, tambin llamado reaccin exergnica, es un proceso acompaado de prdida de energa, en tanto que el anabolismo, o reaccin endergnica es acompaada por ganancia de energa (Figura 5.1).

Los sistemas biolgicos se conforman a las leyes generales de la termodinmica. La bioenergtica o termodinmica bioqumica es el estudio de los cambios de energa que acompaan a reacciones bioqumicas (Figura 5.2). La primera ley de la termodinmica establece que la energa total de un sistema, incluso

sus alrededores, permanece constante. Eso implica que dentro de un sistema total, la energa no se pierde ni se gana durante cambio alguno, pero si se puede transferir de una porcin del sistema a otra.

La segunda ley establece que para que un proceso ocurra de manera espontnea, es necesario que la entropa total de un sistema aumente.

La entropa es la extensin de trastorno o de aleatoriedad del sistema y alcanza su punto mximo conforme logra el equilibrio.

Oxidaciones Biolgicas

Desde el punto de vista qumico, la oxidacin se define como la perdida de electrones, en tanto que la reduccin es la ganancia de electrones. De este modo, la oxidacin siempre se acompaa de reduccin de un aceptor de electrones.

UNIDAD V: INTRODUCCIN AL METABOLISMO


20Curso Propedutico

Figura 5.1 Metabolismo.

Figura 5.2 Sistemas Biolgicos.

La reaccin REDOX se refiere a la prdida de un electrn por una especie qumica (oxidacin) y la ganancia de electrones por otra (reduccin). La molcula donadora de electrones se conoce como agente reductor y a la molcula aceptora se le denomina como agente oxidante.

Las enzimas comprendidas en oxidacin y reduccin reciben el nombre de oxidorreductasas y se clasifican en cuatro grupos: oxidasas, deshidrogenasas, hidroperoxidasas y oxigenasas.

Cadena respiratoria y Fosforilacin oxidativa

La cadena respiratoria consiste de un conjunto de transportadores de electrones situados en la membrana interna mitocondrial. La respiracin esta acoplada a la generacin del intermediario de alta energa, ATP, por medio de fosforilacin oxidativa. Diversos frmacos (ej. Amorbital) y venenos (ej. Cianuro, monxido de carbono) inhiben la fosforilacin oxidativa.

Una unidad de respiracin mitocondria consiste en una cadena respiratoria y una ATP sintasa, enzima responsable de la sntesis de ATP.

Los componentes de la cadena respiratoria estn contenidos en cuatro complejos, los electrones fluyen por la cadena a travs de un intervalo REDOX desde NAD+/NADH hacia O/2HO y pasan por tres complejos protenicos (Figura 5.3).

1. NADH-Q oxidorreductasa (complejo I), donde se transfieren electrones desde NADH hacia la coenzima Q (ubiquinona).

2. Q- Citocromo c oxidorreductasa (complejo III), que pasa electrones hacia el Citocromo c.

3. Citocromo c oxidasa recibe los electrones de Citocromo c y de aqu se completa la cadena, pasa los electrones hacia O y hace que se reduzca a HO.

Algunas sustancias con potenciales redox ms positivos que NAD+/NADH (ej. Succinato) pasan electrones hacia Q (ubiquinona) por medio de un cuarto complejo, la Succinato- Q reductasa (complejo II), en lugar de mediante el complejo I. Los cuatro complejos estn embebidos en la membrana mitocondria interna, pero Q y Citocromo c son mviles.

El flujo de electrones a travs de los complejos I, III y IV da por resultado el bombeo de protones desde la matriz



Figura 5.3 Cadena Respiratoria.

que se une con firmeza al ATP hacia una que libera ATP y se une a ADP y Pi, de modo que puede formarse el siguiente ATP. El ATP resultante se ha denominado la moneda de energa de la clula. Figura 5.6

Muchos venenos inhiben la cadena respiratoria. Los barbitricos, como el amorbarbital, inhiben el transporte de electrones mediante el complejo I. La antimicina A y el dimercaprol inhiben en el complejo III. Los venenos clsicos H2S, monxido de carbono y cianuro inhiben al complejo IV, y en consecuencia, pueden suspender por completo la respiracin.

El malonato es un inhibidor competitivo del complejo II. El atractilsido inhibe la fosforilacin oxidativa mediante la inhibicin del transportador de ADP hacia dentro de la mitocondria, y de ATP hacia fuera de ella. El antibitico oligomicina bloquea por completo la oxidacin y la fosforilacin al bloquear el flujo de protones por medio de la ATP sintasa. Los desacopladores disocian la oxidacin en la cadena respiratoria, de la fosforilacin. Estos compuestos son txicos in vivo, lo que hace que la respiracin se torne incontrolada. El desacoplador mas usado es el 2,4-dinitrofenol.

a travs de la membrana mitocondria interna hacia el espacio intermembrana.

El flujo de electrones por la cadena respiratoria genera ATP por medio de fosforilacin oxidativa. La teora quimiosmtica postula que los dos procesos estn acoplados mediante un gradiente de protn a travs de la membrana interna, de manera que la fuerza motriz de protn causada por la diferencia de potencial electroqumico impulsa el mecanismo de sntesis de ATP mediante la bomba de protones generada por los complejos I, III y IV.

Dado que la membrana mitocondria interna es impermeable a protones, stos se acumulan en el espacio intermembrana, lo que crea la fuerza motriz de protn predicha por la teora quimiosmtica.

La fuerza motriz de protn impulsa una ATP sintasa ubicada en la membrana que en presencia de Pi (fosfato inorgnico) + ADP forma ATP. La ATP sintasa esta embebida en la membrana mitocondria interna, junto con los complejos de la cadena respiratoria (marcado como complejo V en la figura siguiente). Varias subunidades de la protena forman una estructura parecida a bola alrededor de un eje conocido como F, que se proyecta hacia la matriz y contiene el mecanismo de fosforilacin. F est fijo a un complejo de protena de membrana conocido como F, que tambin consta de varias subunidades protenicas. F abarca la membrana y forma un canal de protones. El flujo de estos ltimos a travs de F hace que rote, lo que impulsa la produccin de ATP en el complejo F1 (Figura 5.4).

Se cree que esto sucede por un mecanismo de cambio de unin, en el cual, a medida que el eje rota, la conformacin de las subunidades en F1 cambia desde una


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Figura 5.4 Fosforilacin Oxidativa.



Figura 5.5 Mitocondria y Cadena Respiratoria.

Figura 5.6 Teora Quimiosmtica de Mitchell.

Ciclo de Krebs

El ciclo del cido ctrico o ciclo de los cidos tricarboxlicos, esta ruta metablica es la tercera etapa de la respiracin celular, el proceso de energa en las clulas. Forma parte de la repiracin aerobia, requiere de oxgeno, y se desarrolla entre los procesos de gluclisis y cadena respiratoria; es una secuencia de reacciones en las mitocondrias que oxidan la porcin acetilo de la acetil-CoA y reducen coenzimas que se reoxidan por medio de la cadena de transporte de electrones, enlazada a la formacin de ATP. El ciclo de krebs es la va comn final para la oxidacin de carbohidratos, lpidos y protenas ya que se metabolizan hacia acetil-CoA o intermediarios del ciclo (Figura 5.7 y 5.8).

La descarboxilacin oxidativa del piruvato es un paso anterior al propio ciclo de Krebs. Durante la gluclisis en el citoplasma se produce el piruvato, que pasa por una etapa de transicin para convertirse en acetil CoA para que pueda entrar en el ciclo.

El piruvato pasa del citoplasma en las mitocondrias donde el complejo enzimtico piruvato deshidrogenasa lo convierte en acetil coA.

La transformacin del piruvato en acetil CoA es de gran importancia ya que une la gluclisis y el ciclo de Krebs

El ciclo empieza con la reaccin entre la porcin acetilo de la acetil-CoA y el oxaloacetato, lo que forma citrato. Las reacciones siguientes se liberan dos molculas de CO2 y se regenera el oxaloacetato. Este proceso es aerobio; requiere oxgeno como el oxidante final de las coenzimas reducidas. Las enzimas del ciclo estn ubicadas en la matriz

mitocondrial donde tambin se encuentran con las enzimas y coenzimas de la cadena respiratoria.

Reaccin 1La reaccin inicial entre la acetil-CoA y el oxaloacetato para formar citrato est catalizada por la citrato sintasa.

Reaccin 2 La enzima aconitasa isomeriza el citrato hacia isocitrato; esta reaccin ocurren en 2 pasos: deshidratacin hacia cis-aconitato, y rehidratacin hacia isocitrato. El veneno fluoroacetato es txico por que la fluoroacetil-CoA se condensa con oxaloacetato para formar fluorocitrato, que inhibe la aconitasa, lo que hace que se acumule el citrato.

Reaccin 3 El isocitrato pasa por deshidrogenacin catalizada por la isocitrato deshidrogenasa para formar, en un inicio, oxalosuccinato, que permanece unido a la enzima y pasa por descarboxilacin hacia -cetoglutarato.


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Figura 5.7 Ciclo de Krebs

Reaccin 4 El -cetoglutarato pasa por descarboxilacin oxidativa en una reaccin catalizada por un complejo de mltiples enzimas. El complejo de -cetoglutarato deshidrogenasa origina la formacin de succinil-CoA. La arsenita inhibe la reaccin, lo que hace que se acumule el sustrato, -cetoglutarato.

Reaccin 5La succinil-CoA se convierte en Succinato mediante la enzima succinato tiocinasa.

Reaccin 6La primera reaccin de deshidrogenacin, que formar fumarato, es catalizada por la succinato deshidrogenasa. Reaccin 7La fumarasa cataliza la adicin de de agua a travs del doble enlace del fumarato, lo que produce malato.

Reaccin 8La malato deshidrogenasa convierte al malato en oxaloacetato.Cada vuelta del ciclo genera 12 ATP (Figura 5.9).



Figura 5.8 Destino final de Acetil CoA


26Curso Propedutico

Figura 5.9 Ciclo de Krebs

Importancia biomdica

Los carbohidratos son la fuente primaria de energa qumica necesaria para el correcto funcionamiento celular. Adems de su funcin como proveedores de energa, los carbohidratos forman parte de los materiales de construccin de diversos constituyentes celulares.

En la economa de la clula, los carbohidratos sirven como combustible. Los carbohidratos que son utilizados directamente por la clula para esta funcin son carbohidratos que, de acuerdo a su tamao y con ayuda del sistema de transporte activo, pueden atravesar la membrana plasmtica para que puedan transformarse en energa til para la clula. La glucosa es el carbohidrato ms importante; casi todo el carbohidrato de la dieta se absorbe hacia el torrente sanguneo como glucosa formada a partir de otros carbohidratos ms complejos (hidrlisis del almidn y disacridos de la dieta).

As, la glucosa es el principal combustible metablico de mamferos (excepto de los rumiantes), y un combustible universal del feto durante el embarazo. Una vez que ha cumplido con su papel de principal proveedor de energa , el organismo es capaz de transformarla a otros carbohidratos que tienen funciones altamente especificas, por ejemplo, glucgeno para almacenaje; ribosa en los cidos nucleicos; galactosa en la lactosa de la leche y en ciertos lpidos complejos y, combinada con protenas en

las gluco- protenas y los proteoglucanos.

Para la conversin de glucosa en energa til para la clula (ATP), esta tiene que ser oxidada a partir de procesos metablicos con ayuda de diversos complejos enzimticos. Las fallas en los mecanismos de regulacin del metabolismo, deficiencias enzimticas y diversos desequilibrios a nivel celular relacionados con la conversin glucosa->energa se relacionan con diversas enfermedades tales como diabetes mellitus, galactosemia, enfermedades por depsito de glucgeno, e intolerancia a la lactosa.

Los carbohidratos estn compuestos por unidades ms simples a su estructura completa. Estas unidades de carbono pueden unirse (polimerizarse) para producir molculas complejas mas grandes que, a su vez, pueden separarse de nuevo para producir sus unidades bsicas de formacin a voluntad de la propia clula.

Los procesos de sntesis (construccin-polimerizacin) y degradacin (separacin) del metabolismo de los carbohidratos pueden entenderse a partir de la clasificacin de los carbohidratos en base a el numero de unidades de carbono que lo conforman.

Clasificacin de los Carbohidratos

1.- Monosacridos: son aquellos carbohidratos que no pueden ser hidrolizados en molculas ms sencillas.

UNIDAD VI: CARBOHIDRATOS



y como aldosas y cetosas dependiendo si tienen o no grupo aldehido o cetona en su estructura.

2.- Disacridos: Se producen de dos molculas del mismo o de diferentes monosacridos cuando se unen entre si: ejemplos de estos compuestos son la maltosa, que produce dos molculas de glucosa, y la sucrosa, que produce una inolcula de glucosa y una de fructosa (Figura 6.1).

Estos disacridos tienen diferentes funciones especficas:

El punto 4) puede explicarse gracias a esta clasificacin. La fructosa y galactosa son

Figura 6.1 Estructura de la Lactosa. Disacrido..

1) Algunos son azcares reductores2) Son necesarios en la dieta ya que son fuente de energa3) Para utilizarlos como fuente de energa, los disacridos son hidrolizados por enzimas que tapizan el intestino delgado4) La hidrolisis de los disacridos puede dar lugar a la formacin de glucosa, fructosa, galactosa, que son la fuente de energa inmediata para las clulas.

disacridos cuya estructura est conformada por dos monmeros, uno de ellos o ambos, glucosa. Al ser hidrolizados, estos disacridos se degradan hacia glucosa que puede ser utilizada para obtencin de energa.

3.- Oligosacaridos: son productos de condensacin de 3 a 10 monosacridos. Casi ninguno es digerido por las enzimas del ser humano.

4.- Polisacaridos: Son productos de condensacin de ms de 10 unidades de monosacridos; los ejemplos son los al midones y las dextrinas, que pueden ser polmeros lineales o ramificados. Los polisacridos a veces se clasifican como hexosanos o pentosanos, dependiendo de la identidad de los monosacridos que los constituyen (hexosas y pentosas, respectivamente) Figura 6.2.

Adems de almidones y dextrinas, los alimentos contienen una amplia variedad de otros polisacridos que se conocen en conjunto como polisacridos no almidn; las enzimas de ser humano no los digieren, y son el principal componente de la fibra en la dieta. Los ejemplos son celulosa (un polmero de glucosa) de paredes de clulas vegetales, e inulina (un polmero de fructosa), el carbohidrato de almacenamiento en algunos vegetales.

Figura 6.2 Diferentes tipos de Polisacaridos.

Pueden subdividirse en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas u octosas, dependiendo de la cantidad de tomos de carbn que contengan;


28Curso Propedutico

Tabla 6.1 Funcin de los Polisacaridos.En la tabla 6.1 se pueden observar diversas funciones de los polisacridos en la naturaleza y el cuerpo humano.

Metabolismo de carbohidratos: Digestin.

Los carbohidratos de la dieta de los que los humanos tomamos energa entran en el organismo en una forma compleja, en forma de monosacridos, disacridos, polmetros de almidn (amilasa y amilopectina) y glicgeno. El polmero celulosa (tambin formado por glucosas) tambin es consumido pero no digerido.

El primer paso en el metabolismo de los carbohidratos que se pueden digerir es la conversin de grandes polmeros a estructuras ms simples, formas solubles que puedan ser transportados a travs del intestino para ser distribuidos a los tejidos. La digestin de los polmeros de carbohidratos se inicia en la boca.

La saliva tiene un pH un poco acdico 6.8 y contiene a la amilasa lingual que inicia la degradacin de los carbohidratos. La accin

de la amilasa lingual est limitada a la boca y esfago; es virtualmente inactivada por el pH ms fuerte del estomago. Una vez que la comida ha llegado al estmago, la hidrlisis cida contribuye a la degradacin: proteasas y lipasas gstricas ayudan a la digestin de la comida. La mezcla de las secreciones gstricas, saliva, y comida se llama colectivamente quimo, y se mueve hacia el intestino delgado (Figura 6.3).

Fig. 6.3 Digestin y Absorcin de Nutrientes



Figura 6.4 Catabolismo y Anabolismo de Nutrientes.

La enzima ms importante para degradar los polmeros de carbohidratos en el intestino delgado es la -amilasa. Esta enzima es secretada por el pncreas y tiene la misma actividad que la amilasa de la saliva, produciendo disacridos y trisacridos. Estos ltimos son convertidos a monosacridos por sacaridasas intestinales, incluyendo maltasas, que hidrolizan di- y tri-sacridos, y las enzimas ms especificas las disacaridasas, sucrasa, lactasa, y trealasa. El resultado neto es la conversin casi completa de los carbohidratos digeribles a sus componentes monosacridos. La glucosa resultante y otros carbohidratos simples son transportados a travs del epitelio intestinal a la vena portal heptica y luego a las clulas hepticas y a otros tejidos. Ah, estos azucares simples son convertidos a cidos grasos, aminocidos, y glicgeno, o sino oxidados por varias vas metablicas celulares (Figura 6.4).

1. Podr utilizarse como combustible para el metabolismo aerbico o anaerbico en el caso del msculo; o bien convertirse en glucosa libre en el hgado y liberarse seguidamente a la sangre.2. Almacenarse en forma de glucgeno en el hgado.3. Procesarse por la va de las Pentosa Fosfato.


30Curso Propedutico

La glucosa se fosforila para poder entrar a cualquier va metablica a glucosa 6 fosfato, donde :

Glucolisis: Metabolismo de la glucosa.

Como hemos mencionado anteriormente, la glucosa es un carbohidrato esencial en la dieta ya que al pasar por un proceso de oxidacin es capaz de aportar de la energa necesaria para realizar todas las funciones biolgicas. La oxidacin es un proceso mediante en el cual se aaden molculas de oxgeno a una molcula o bien se le extraen electrones, por lo que no siempre la oxidacin es vinculada al oxgeno. Estos procesos requieren de alguna manera el transporte de oxgeno y electrones de un lugar a otro. As , toda reaccin de oxidacin debe acompaarse de reduccin (eliminacin de oxgeno o adhesin de hidrgeno o electrones a una sustancia)

En el cuerpo humano, los carbohidratos

sirven como combustible y son oxidados para pasar a CO2 y Agua, proceso durante el cual se libeTa energa en forma de ATP (Adenosin trifosfato).

El ATP puede compararse a un acumulador cargado con energa disponible para el trabajo celular. De manera que al proporcionar la energa, el ATP cede electrones para permitir las reacciones metablicas, y se oxida hacia una molcula mas sencilla conocida como ADP (Adenosin Difosfato).

Al romper los enlaces entre los grupos fosfato de la molcula de ATP existe liberacin de energa asimilada por la clula.

La obtencin de energa se da a partir de 3 o 4 pasos importantes, uno despus de otro, trabajando como un metabolismo en cadena para la formacin de ATP:

Figura 6.5 Estructura del ATP.

Figura 6.6 Transporte de a Energa del ATP y formacin de ADP despus de ceder electrones.



Figura 6.4 Destinos de la glucosa 6-fosfato. La glucosa 6-fosfato procedente del glucgeno puede (1) utilizarse como combustible para el metabolismo aerbico o anaerbico somo sucede, por ejemplo, en el msculo; (2) convertirse en glucosa libre en el hgado y liberarse seguidamente a la sangre; (3) procesarse por la va de las pentosas fosfato para producir NADPH o ribosa en diversos tejidos.

1. Glucolisis (oxidacin de la glucosa)2. Formacin de Acetil CoA3. Ciclo del cido ctrico (Ciclo de Krebs)4. Cadena respiratoria (Fosforilacin Oxidativa)

De tal manera que podemos definir a la Glucolisis como el proceso metablico por el cual la clula es capas de obtener ATP a partir de la oxidacin de la glucosa.

A traves de diversos complejos enzimticas, la molcula de glucosa ser oxidada, y los electrones perdidos se unirn a diversas molculas que los transportarn para transformarlos en ATP (Cuadro 6.1).

La glucosa es oxidada a lactato o piruvato. Bajo condiciones aerbicas, el producto dominante en la mayora de tejidos es el piruvato y la va metablica se conoce como gliclisis aerbica.

La capacidad de la gluclisis para proporcionar ATP en ausencia de oxgeno tiene especial importancia, porque esto permite al msculo estriado tener un desempeo a cifras muy altas de gasto de trabajo cuando el aporte de oxgeno es insuficiente, y permite a los tejidos sobrevivir a episodios de anoxia.

Las enfermedades en las cuales hay deficiencia de las enzimas de la gluclisis (p. ej., piruvato cinasa) se observan sobre todo como anemias hemolticas o, si el defecto afecta el msculo estriado (p. ej., fosfofructocinasa), como fatiga. En las clulas cancerosas en crecimiento rpido, la gluclisis procede a un ndice alto, formando grandes cantidades de piruvato, el cual es reducido hacia lactato y exportado. Esto produce un ambiente local hasta cierto punto cido benfico para el desarrollo del tumor. La acidosis lctica se

produce por un aumento de la produccin de Lactato a travs de Glucolisis (Figura 6.6).

Metabolismo del Glucgeno.

Se dice que una vez que la clula satisface sus necesidades de aporte energtico, esta es capaz de almacenar la glucosa restante para utilizarla en un momento en el que

Figura 6.6 Gluclisis.

Figura 6.7 Sntesis del Glucgeno.


32Curso Propedutico

se detenga la ingesta calrica o bien se requiera energa extra (Figura 6.7).

Si el azcar (glucosa) en la clula no es utilizada de inmediato, puede salir y perderse. En cambio, si se retiene, contribuye a aumentar la presin osmtica en la clula.

Para almacenarla y evitar que se pierda, la glucosa debe ser convertida en una forma estructural en la que no pueda pasar por la membrana y no pueda salir. La clula almacena carbohidratos en forma de molculas grandes e insolubles como almidn y glucgeno. Para convertirse en glucgeno y quedar almacenada, complejos multienzimticos se encargan de ramificar grandes cantidades de monmeros de glucosa en una estructura compleja que permite su almacenamiento, principalmente en el msculo.

El glucgeno heptico funciona para almacenar glucosa y exportarla para mantener la concentracin de glucosa en sangre durante el estado de ayuno.

La concentracin de glucgeno en el hgado es de alrededor de 450 mM despus de una comida; disminuye a alrededor de 200 mM tras ayuno de toda la noche; luego de 12 a 18 horas de ayuno, el glucgeno heptico est agotado casi en su totalidad (Figura 6.8).

Gluconeognesis:

En ocasiones, los niveles de energa requeridos por la clula son tan altos que la energa aportada por la glucosa no es suficiente. Despus de haber destinado toda la glucosa disponible para la obtencin de energa y al acabar las reservas del cuerpo (glucgeno almacenado), el organismo es capaz de utilizar otras Biomolculas adquiridas en la dieta, transformndolas primero en intermediarios capaces de cumplir con el aporte de energa que el cuerpo necesita. De tal manera, que tras un ayuno prolongado de 24 horas, el organismo comenzar a consumir todas sus reservas no solo de carbohidratos, si no tambin de lpidos y protenas esenciales para el funcionamiento celular.

Figura 6.8 Glucognesis



De tal manera que aminocidos, cidos grasos y glicerol que son productos de la digestin de lpidos y protenas, pueden ser transformados por diversas vas gluconeognicos en tres puntos principales:

1) Formacin de piruvato: capaz de convertirse en Acetil CoA y entrar al ciclo de Krebs para producir energa2) Acetil CoA: que se dirija a Krebs.3) Intermediarios del ciclo de Krebs: para dar mas energa.


34Curso Propedutico

cidos grasos saturados sin dobles enlaces cidos grasos insaturados con dobles enlace (Figura 7.1).

3. Lpidos precursores y derivados: comprenden cidos grasos, glicerol, esteroides, otros alcoholes, aldehdos grasos, cuerpos cetnicos.

Unidad Organizacional de los Lpidos: el cido Graso

Son cidos carboxlicos, contienen un grupo carboxilo en el tomo de C1. Se comportan como cidos dbiles.La cadena hidrocarbonada consiste de 4 a 36 tomos de carbono.Existen dos tipos de cidos grasos segn la presencia o no de dobles enlaces en la cadena hidrocarbonada:

UNIDAD VII:LPIDOSLos lpidos son un grupo de compuestos heterogneo, que incluye grasas, aceites, esteroides, ceras y compuestos relacionados ms por sus propiedades fsicas que por sus propiedades qumicas.

Tienen la propiedad comn de ser:

Son importantes constituyentes de la dieta no slo debido a su alto valor energtico, sino tambin debido a las vitaminas liposolubles y los cidos grasos esenciales contenidos en la grasa de alimentos naturales.

Las combinaciones de lpido y protena (lipoprotenas) sirven como el medio para transportar lpidos en la sangre. Los lpidos tienen funciones esenciales en la nutricin y la salud, y el conocimiento de la bioqumica de los lpidos es necesario para entender muchas enfermedades biomdicas.

8.1 Clasificacin de Lpidos

1. Lpidos simples: steres de cidos grasos con diversos alcoholes.

2. Lpidos complejos: steres de cidos grasos que contienen grupos adems de un alcohol y un cido graso.

1) relativamente insolubles en agua 2) solubles en solventes no polares

Grasas: steres de cidos grasos con glicerol. Los aceites son grasas en el estado lquido. Ceras: steres de cidos grasos con alcoholes monohdricos de masa molecular relativa (peso molecular) ms alta.

Fosfolpidos: lpidos que contienen, adems de cidos grasos y un alcohol, un residuo cido fosfrico. A menudo poseen bases que contienen nitrgeno y otros sustituyentes, por ejemplo, en los glicerofosfolpidos el alcohol es glicerol, y en los esfingofosfolpidos el alcohol es la esfingosina. Glucolpidos (glucoesfingolpidos): lpidos que contienen un cido graso, esfingosina y carbohidrato. Otros lpidos complejos: lpidos como sulfolpidos y aminolpidos. Las lipoprotenas tambin pueden colocarse en esta categora.



temperatura ambiente (25oC). Son rigidos.

Los cidos Grasos Insaturados Contienen Uno o Ms

Enlaces Dobles

pueden rotar, excepto el comprometido en el doble enlace. No se pueden empaquetar tan fcilmente como los cidos grasos saturados, sus interacciones son ms dbiles. Presentan bajo punto de fusin (Tm), se requieren bajas temperaturas para separarlos cidos grasos del agregado. Presentan consistencia de blanda a lquidaa temperatura ambiente. No son rgidos (Figura 7.3).

Los cidos grasos insaturados, pueden subdividirse como sigue:1. cidos monoinsaturados (monoetenoide, monoenoico) que contienen un doble enlace.2. cidos poliinsaturados (polietenoide, polienoico), que contienen dos o ms dobles enlaces.3. Eicosanoides: estos compuestos, derivados de cidos grasos polienoicos eicosa (20 carbonos), incluyen prostanoides, leucotrienos (LT) y lipoxinas (LX).

Los cidos Grasos Saturados no Contienen Dobles Enlaces

Los cidos grasos saturados pueden imaginarse como basados en cido actico (CH3COOH) en la cual se agrega de manera progresiva CH2 entre los grupos CH3 y COOH terminales.

Estabilizan los agregados por interacciones de Van der Waals entre las cadenas hidrocarbonadas. Presentan elevado punto de fusin (Tm); se requieren elevadas temperaturas para separar los cidos grasos del agregado. Tienen consistencia slida a

Presentan conformacin extendida. Rotan alrededor de los enlaces carbono -carbono sencillos. Forman agregados estables (empaquetamiento). (Figura 7.2).

No presentan conformacin extendida, el doble enlace introduce un ngulo en la estructura de la cadena hidrocarbonada. Todos los enlaces sencillos carbono- carbono


36Curso Propedutico

Figura 7.2 cidos Grasos Saturados

Figura 7.2 cidos Grasos Insaturados.

Figura 7.1 Clasificacin de los cidos grasos.

Los prostanoides comprenden prostaglandinas (PG), prostaciclinas (PGI) y tromboxanos (TX).

Los lpidos tienen la propiedad comn de ser relativamente insolubles en agua (hidrofbicos) pero solubles en solventesno polares.

Los lpidos anfipticos tambin contienen uno o ms grupos polares, lo que hace que sean idneos como constituyentes de membranas en interfases lpidoagua. Los lpidos de gran importancia fisiolgica son los cidos grasos y sus steres, junto con el colesterol y otros esteroides.

8.2 Metabolismo de los lpidos.Digestion y absorbcion de grasas.

El objetivo primario de la digestin de los lpidos es hacerlos hidromiscibles y puedan absorberse a travs de las microvellosidades intestinales que estn recubiertas por una capa acuosa. La separacin mecnica de los lpidos comienza en el estmago por efecto de los movimientos peristlticos, contina en el duodeno a donde llega una grosera emulsin de grasa que se ir hidrolizando gracias a la accin combinada de las lipasas pancreticas y de las sales biliares, facilitando la accin de las enzimas pancreticas.

La hidrlisis de los triglicridos aun as no es total sino que se forman unas micelas de monoglicridos, cidos grasos y cidos biliares, transportan los lpidos hasta las clulas de la mucosa intestinal donde son posteriormente absorbidas.

Absorcin intestinal de los lpidos

Los fosfolpidos y los cidos grasos

procesados son digeridos y absorbidos a travs de la pared del intestino. La bilis secretada por el hgado y las secreciones pancreticas (ricas en enzimas y en especial las lipasas pancreticas y bicarbonato) se mezclan con el contenido del intestino delgado. Las secreciones biliares en especial los cidos glicoclico, tauroclico y clico son esenciales para preparar los lpidos para absorcin, formando partculas mezclables con agua que pueden entrar en las clulas intestinales. En las clulas intestinales la mayor parte de los cidos grasos se ligan con glicerol (proveniente de la glucosa de la sangre) para formar triglicridos.

Los triglicridos, algunos cidos grasos libres, colesterol y otras sustancias relacionadas con lpidos se recubren con protenas para formar lipoprotenas ricas en triglicridos, tambin llamados lipoprotenas de baja densidad. Las lipoprotenas ricas en triglicridos entran en los vasos linfticos y de all pasan al canal torcico (donde el sistema linftico se conecta con la sangre) y as llegan a la sangre. En contraste con la mayora de nutrientes absorbidos en el tracto gastrointestinal los lpidos absorbidos no van al hgado sino que entran directamente a la circulacin general. As los lpidos absorbidos pueden ser utilizados por todos los tejidos del cuerpo sin ser procesados por el hgado.

Catabolismo de los lpidos

El principal mecanismo de obtencin de energa de los lpidos (sustancias con muy alto valor calrico) lo constituye la oxidacin de los cidos grasos, que se obtienen de los triglicridos mediante hidrlisis por lipasas especficas. stos siempre podrn entrar en el ciclo de Krebs, por lo que cuanto ms largo sea el cido graso mayor cantidad de



energa se obtendr en su oxidacin.

En el caso de los mamferos, los cidos grasos (en forma de triglicridos) tienen una importancia capital como almacn y fuente de energa. El principal mecanismo de obtencin de energa de los lpidos lo constituye la llamada beta-oxidacin de los cidos grasos. Los cidos grasos se unirn a una molcula de coenzima A (CoA) en el citoplasma, quedando activados como acil-CoA.

De esta forma pasan a la mitocondria, donde sufren el proceso denominado b-oxidacion. Los cidos grasos se oxidan completamente hasta dixido de carbono y agua. El resultado de cada ciclo oxidativo de la beta-oxidacin de los cidos grasos es la formacin de equivalentes reductores (FADH2 y NADH), una molcula de acetil-coenzima A y una molcula de acil-coenzima A dos carbonos ms corta. El acetil-coenzima A se incorpora al ciclo de Krebs para continuar su degradacin.


38Curso Propedutico

BIBLIOGRAFA



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antología bioquímica q.f.b. melba fernandez rojas

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