BIOQUIMICA.

La materia viva necesita solamente 22 de los 100 elementos químicos

encontrados en la corteza terrestre; el 99% de la masa total de la composición de los

organismos es de carbono, hidrogeno, nitrógeno y oxigeno , casi toda la porción no

acuosa de la célula viva esta constituida por compuestos orgánicos de carbono que son

muy escasos en la corteza terrestre, el carbono paréese ser el único elemento idóneo

para conformar la estructura del esqueleto de las biomoleculas por su capacidad de

formar enlaces covalentes fuertes con el hidrogeno, oxigeno y nitrógeno.

Existe una jerarquía para formar las biomoleculas esenciales o primordiales a

partir de precursores simples que se encuentran en el entorno tales cono el dióxido de

carbono, el amoniaco y el agua; se forman moléculas simples tales como los

aminoácidos, nucleótidos, azucares y ácidos grasos. Estos a su vez se unen

covalentamente para formar macromoléculas como lo son las proteínas, ácidos

nucleicos, polisacáridos y lípidos.

Estos a su vez se unen de una forma no covalente por interacciones débiles para

formar en conjunto los organelos de la célula que cumplirán una función en específico.

El agua

El agua es uno de los compuestos mas abundantes en la tierra y en nuestro

cuerpo, ocupa tres cuartas partes de nuestro cuerpo y es sumamente indispensable ya

que sin ella no se daría la vida ya que posee una gran reactividad y extraordinarias

propiedades físicas y químicas responsables de su importancia biológica ya que hidrata

y deshidrata algunas moléculas y es un medio para el transporte de nutrientes, reaccion

enzimatica, transfiere energía química y actúa como el disolvente universal.

Encontramos a esta molécula en cuatro estados según su temperatura ya que esta

cambie la forma en la que se mueven los componentes internos: sólido liquido y

gaseoso, siendo este último estado el que se da en dos diferentes formas ya que existe el

vapor por ser muy caliente y el vapor por estar tan frió.

Esta molécula esta formada por dos átomos de hidrogeno unidos a un átomo de

oxigeno por dos enlaces covalentes; la estructura de la molécula es tetraédrica con un

ángulo de 104.5 grados entre H-O-H.

La molécula de agua tiene dos uniones polares OH y en un momento neto de

dipolo uno usual H-O y otro no usual H-H

La molécula de agua se puede unir a otras moléculas de agua formando una

estructura tetraédrica por medio de puentes de hidrogeno.

El agua es considerado el solvente universal gracias a que puede formar los

puentes de hidrogeno capaces de unirse con otros elementos como por ejemplo con el

cloruro de sodio (NaCl) en el que al agregarse agua se disuelve, ya que se separan los

dos elementos que lo forman, el Cl se une al H del agua dejando un OH de carga

negativa del agua que se unirá al Na que tiene carga positiva. Lo único que no es capas

de disolver es el aceite, el cloroformo y el benceno ya que son líquidos polares.

Los puentes de hidrogeno son muy débiles ya que en un medio liquido solo

requieren de 4.5 kcal/mol mientras que un enlace covalente se requiere de 110 kcal/mol.

A cero grados centígrados el agua solo pierde el 10 % de sus puentes de

hidrogeno. La vida de un puente de hidrogeno es de 10 a la -11 segundos.

El agua es el compuesto más abundante en los organismos vivos. Sus

relativamente elevados puntos de fusión, de ebullición, calor de vaporización y tensión

superficial, son el resultado de fuertes atracciones intermoleculares en forma de puentes

de hidrógeno entre moléculas de agua vecinas. El agua líquida posee una considerable

ordenación de corto radio, aunque los enlaces de hidrógeno individuales poseen una

vida media muy corta.

La polaridad y las propiedades para establecer enlaces de hidrógeno de la

molécula de agua hacen de ella un disolvente poderoso para muchos compuestos iónicos

y moléculas neutras. El agua también dispersa las moléculas antipáticas, tales como los

jabones, formando micelas, que son agrupaciones de moléculas en que los grupos

hidrofóbicos se hallan ocultos, no expuestos al agua, mientras los grupos hidrofilicos o

polares se sitúan sobre la superficie externa y expuestos al agua. La formación de

micelas es resultado de la tendencia de las moléculas de agua del entorno a establecer el

número máximo de enlaces de hidrógeno entre ellas y con los grupos polares

localizados en el exterior.

El agua se ioniza muy ligeramente, formando los iones hidroxilo (HO+) e

hidroxilo (OH-). Los protones pueden saltar con facilidad desde el H3O+ a una

molécula de H2O de la vecindad, unida por enlace de hidrógeno. Los saltos de los

protones permiten interpretar la elevada movilidad eléctrica de los protones en el agua y

en el hielo. En disoluciones acuosas diluidas las concentraciones de los iones H+ y OH"

se hallan relacionadas de modo inverso, mediante la expresión K» — [H+] [OH"] = 1 X

10'" (25 °C). La concentración de hidrogeniones de los sistemas biológicos se expresa

en función del pH, que se define como: pH = —log [H*]. El pH de las disoluciones

acuosas se mide por medio del electrodo de vidrio o con indicadores.

Los ácidos se definen como dadores de protones y las bases como aceptores de

protones. Un par conjugado ácido-básico está constituido por un dador de protones

(HA) y su correspondiente aceptor (A~). La tendencia de un ácido, HA, a ceder

protones se expresa por su constante de disociación K' o mediante la función pK',

definida como —log K'. El pH de una disolución de un ácido débil se halla relacionado

cuantitativamente con su pK' y con la relación de las concentraciones de sus especies

dadoras y aceptoras de protones mediante la ecuación de Henderson-Hasselbalch. Un

par conjugado ácido-básico puede actuar como tampón y resistir a los cambios de pH;

su capacidad para lograrlo es máxima cuando el valor del pH es numéricamente igual al

de su pK'. Los pares biológicos más importantes que actúan como tampones biológicos

son H2CO3-HCO3- y H2PO4--HPO42". La actividad catalítica de los enzimas resulta

fuertemente influida por el pH.

PH

Producto iónico del agua: escala de pH

La disolución iónica del agua es un proceso de equilibrio:

H2O = H+ + OH-

para el cual podemos escribir la constante de equilibrio

Keq =[H+HO-]/ [H20]

En las que los corchetes indican las concentraciones en moles por litro. La

magnitud de esta constante de equilibrio, a cualquier temperatura dada, puede calcularse

a partir de las medidas de conductividad del agua destilada. Puesto que la concentración

del agua, en el agua pura, es muy elevada (es igual al número de gramos de agua en un

litro divididos por el peso molecular gramo, o sea 1000/18 = 55,5 M) y la concentración

de iones H+ y OH- es muy pequeña (1 X 10-7 M a 25 °C) la concentración molar del

agua no cambia significativamente por su ligerísima ionización. La constante de equi-

libro puede simplificarse a la expresión siguiente:

55,5 = [H+] [OH-]

y el término 55,5 X Keq puede sustituirse por una constante «global» Kw, llamada

producto iónico del agua,

KW=[H+][OH-]

El valor de Kw a 15 °C es dé 1,0 X 10"14. En una disolución acida la

concentración H+ es relativamente elevada y la de OH" correspondiente baja; en una

disolución básica la situación se invierte.

El producto iónico del agua, Kw, constituye la base para la escala de pH (tabla 2-5), que

es un medio de designar la concentración real de iones H+ (y por tanto de iones OH") en

cualquier disolución acuosa en el intervalo de acidez entre las concentraciones 1,0 M de

H+ y 1,0 M de OH". La escala de pH fue ideada por el bioquímico danés S. P. L. S0ren-

sen como medio de evitar números engorrosos tales como 0,0000001 ó 1,0 X 1Q-7 para

expresar las bajas concentraciones de ion hidrógeno de los fluidos biológicos. Definió el

término pH como:

pH = Iog10[H+]= -logl

En una disolución neutra a 25 °C

[H+] = [OH-] = 1,0 x 10-7 M

El pH de tal disolución es:

Ph=7.0

El valor de 7,0 para el pH de una disolución exactamente neutra no es, por tanto, una

cifra escogida de manera arbitraria; deriva del valor absoluto del producto iónico del

agua a 25 °C.

El ph óptimo dentro del metabolismo es de 7.4 y los cambios en este pueden

afectar en los mecanismos biológicos ya que muchos de estos requieren estar en un pH

óptimo y otros al contrario requieren un medio más ácido.

Tampones

Son ácidos débiles con sus bases conjugadas que tienden a conservar un cierto

Ph = Pk ; estos sirven como primera defensa ante el cambio de ph en un organismo, un

ejemplo de estos es el tampón de bicarbonato que actúa ante una acidosis , y que es

producido por la misma cuando el CO2 interactúa o si hidroliza con H2O para dar H2CO3

= H+ +HCO3-.

AMINOACIDOS.

Son los componentes de las proteínas y están formados por un grupo amino y un

grupo carboxilo unidos a un carbono alfa y difieren entre si por las cadenas laterales

que les confieren características para clasificarlos como no polares o hidrofobicos, y

polares que a su vez se subdividen en los aminoácidos sin carga y los de con carga ya

sea negativa o positiva.

Estos aminoácidos se unen para formar las proteínas de las cuales hablaremos

mas adelante y esta unión se da por un enlace peptídico en el que se libera H 2O. Son 20

aminoácidos los que se consideran esenciales y se mencionan a continuación:

Los veinte aminoácidos hallados corrientemente como productos de la hidrólisis

de las proteínas que se puede saber la secuencia exacta de los aminoácidos que

componen la proteína mediante la degradación de demás se parecen todos en que

contienen un grupo a-carboxilo y un grupo a-amino, pero difieren entre sí en la

naturaleza química de los grupos R sustituidos en el átomo de carbono a. Se clasifican

basándose en la polaridad de sus grupos R. La clase no polar (hidrófoba) comprende la

alanina, la leucina, la isoleucina, la valina, la prolina, la fenilalanina, el triptófano y la

metionina. La clase neutra polar incluye la glicocola, la serina, la treonina, la cisteína, la

tirosina, la aspa-ragina y la glutamina. En la clase con carga negativa (ácida) se hallan

comprendidos los ácidos aspártico y ácido glutámico. Finalmente, en la clase básica

cargada positivamente se hallan la arginina, la lisina y la histidina.

Por lo tanto estos aminoácidos realizan una función tanto de ácido como base ya

que se da un ion bipolar dependiendo del grupo r que tenga el aminoácido o pueden

funcionar como zwiterion con su carga neutra dependiendo del punto isoelectrico.

Estos aminoácidos tienen además de su nombre una sigla y un símbolo:

Alanina Ala A no polar

Arginina Arg R polar con carga +

Asparagina Asn N polar sin carga

Ac. Aspártico Asp D polar con carga-

Cisteína Cys C polar sin carga

Glutamina Gln Q polar sin carga

Ac. Glutámico Glu E polar con carga -

Glicina Gly G polar sin carga

Histidina His H polar con carga +

Isoleucina Ile I no polar

Leucina Leu L no polar

Lisina Lys K polar con carga +

Metionina Met M no polar

Fenilalanina Phe F no polar

Prolina Pro P no polar

Serina Ser S polar sin carga

Treonina Thr T polar sin carga

Triptófano Trp W no polar

Tirosina Tyr Y polar sin carga

Valina Val V no polar

PROTEINAS:

Los aminoácidos que conforman a las proteínas se pueden conocer mediante la

degradación de Edman, este consiste en enlace peptídico que es una unión covalente.

Las proteínas son macromoléculas que ocupan el 50% del peso de la célula

cuando esta ceca y son polipéptidos muy grandes además de ser una expresión de la

información genética.

Las proteínas se encuentran en la naturaleza de diversas formas y para diferentes

funciones que son importantes para deferentes procesos:

Para el transporte: como las lipoproteínas, proteínas presentes en la membrana o

las proteínas del plasma sanguíneo como seroalbumina, mioglobina , hemoglobina ;

nutrición: como las semillas que realmente sirven de reserva energética y que para los

que las consumen sirven como fuente de energía, la ovalbumina presente en el huevo

para la nutrición del feto del pollo, o la proteína presente en la leche llamada caseína;

contráctiles: que son las que permiten el movimiento del músculo mediante la

contracción por las dos proteínas presentes en el músculo que son la actina y la

miosina. Y la tubulina presente en flagelos y cilios; estructurales: como la colágena

presente en los tendones y cartílagos, queratina en pelo uñas y plumas, la fibrina en la

seda y la elastina; además de existir proteínas que cumplen la función de defensa en el

organismo como las inmunoglobulinas en el sistema inmune del humano o pare defensa

de los animales ellos producen proteínas que son malas para otros organismos como las

serpientes que producen venenos para poder casar y para defenderse de sus

depredadores; otras proteínas son de regulación y son las de mayor numero dentro del

organismo que son hormonas regulatorias, insulina y las enzimas que se encargan de

catalizar.

Dependiendo de su forma las proteínas también se pueden clasificar en dos

grandes grupos que tienen sus propias características:

Las proteínas globulares: que son solubles de forma esférica, presentan una

cadena compacta y tienen una función móvil y sus ejemplos más representativos son las

proteínas de nutrición, los anticuerpos y las enzimas.

Las proteínas fibrosas: son insolubles, finas y delgadas y tienen una función de

protección o de dar estructura como la queratina, la fibrina, colágena, etc.

Las proteínas también se pueden clasificar como simples y en conjugadas; las

simples están compuestas solamente por aminoácidos mientras que las conjugadas

están unidas una molécula diferente de los aminoácidos llamados grupos prostáticos que

pueden ser lípidos y en este caso serian lipoproteínas, con carbohidratos y se llaman

glucoproteinas, con un grupo fosfato y se llamaran fosfoproteinas, si se une hierro serán

hemoproteinas, etc.

La función de la proteína es dada por su secuencia de aminoácidos, los mismos

que le dan su forma ya que hay proteínas como la insulina que es una proteína

oligomerica de dos cadenas que se unen entre si por los puentes de bisulfuro que se dan

entre cisteinas.

El cambio en la secuencia de aminoácidos cambia la función de la proteína como

por ejemplo en la hemoglobina formada por cuatro cadenas: dos alfa y dos beta que al

darse un cambio en una de estas cadenas se da un mal acoplo del CO 2 lo que produce

lo formación de ácido carbónico conocido por anemia que depende de esta molécula

de hemoglobina que se puede clasificar como alfa talasemia o beta talasemia.

Las proteínas tienes una estructura primaria que es lineal una secundaria dada

por los puentes de bisulfuro, la terciaria y cuaternaria.

Las proteínas en el espacio tienen una conformación y una configuración:

configuración dada por los dobles enlaces y los centros quirales, mientras que la

conformación así como de los isomeros como L-alanina y D-alanina y se requiere

romper algunos enlaces; mientras que la conformación es la capacidad de adoptar

diferentes posiciones sin romper ningún enlace. La conformación en algunas proteínas

se puede cambiar por la presencia de calor, lo que causa la in activación de la proteína a

lo que se le llama desnaturalización que también se puede dar por le cambio de ph.

PROTEINAS:

AISLAMIENTO, PURIFICACIÓN Y CARACTERISACION.

Las proteínas pueden separarse entre sí basándose en las diferencias de tamaño,

propiedades de solubilidad, carga eléctrica, comportamiento frente a la adsorción, y

afinidad biológica de una proteína para un ligando específico. La separación de

proteínas basándose en el tamaño molecular puede realizarse mediante diferentes

formas de centrifugación en gradiente de densidad y por cromatografía de exclusión

molecular. Las proteínas pueden separarse también, basándose en la diferencia de

solubilidades, según cuatro variables: el pH, la fuerza iónica, la constante dieléctrica del

medio y la temperatura. Las precipitaciones por salado y en el punto isoeléctrico son de

la mayor utilidad. La separación de las proteínas basándose en la carga eléctrica

depende de sus propiedades ácido-básicas, que constituyen un reflejo de los grupos R

ionizables de la(s) cadena(s) polipeptídica(s). Cada proteína posee un pH isoeléctrico

característico, en el cual no se desplaza en el campo eléctrico. Por encima del pH

isoeléctrico posee una carga negativa y por debajo de él, una carga positiva neta.

Las mezclas de proteínas pueden separarse basándose en sus velocidades

relativas de movimiento en un campo eléctrico, bien por electroforesis libre en solución

acuosa o por electroforesis de zona en un gel o soporte semisólido. La electroforesis

discontinua y el electro enfoque isoeléctrico proporcionan una gran capacidad de

resolución. Las proteínas pueden separarse también mediante cromatografía de

intercambio iónico.

La purificación de las proteínas incluye la disponibilidad de un método

específico de exterminación, de un método para liberar la proteína de la célula, ya sea

en forma soluble, o bien asociada con un orgánulo subcelular, la extracción de la

proteína del orgánulo, en caso de ser necesario y el empleo de una secuencia de métodos

diferentes de fraccionamiento hasta alcanzar una actividad específica máxima y

constante de la proteína, y se ha establecido su homogeneidad por criterios

fisicoquímicos, tales como la electroforesis sobre gel o el electro enfoque isoeléctrico.

El peso molecular de una proteína puede determinarse a partir del conocimiento

de su composición química, de las medidas de presión osmótica, de las de velocidad de

sedimentación o equilibrio, o por medio de la cromatografía en gel de exclusión. Las

cadenas polipeptídicas de las subunidades pueden separarse y determinar su peso

molecular por electroforesis en gel en presencia de un detergente tal como el

dodecilsulfato sódico.

El proceso de aislamiento comienza con la selección de una fuente de proteína

ya sea de un tejido o de un microorganismo y que mediante métodos de solubilización

se separaran las células de las cuales queremos conocer las proteínas que contiene, ya

sea por lisis osmótica de la célula por métodos mecánicos por medio de arena o

métodos de disolución hipotónica. Luego se tiene que establecer un ph y una

temperatura estable para que se establezca la proteína y no se desnaturalice.

Luego se requiere determinar la proteína mediante la purificación de cualquier

sustancia para su determinación cuantitativa ya sea por absorción espectroscópica o por

método de reacción enzimática como en una prueba de ELISA.

Los diferentes tipos de cromatografía para la purificación de la proteína puede

ser de diversas formas según lo que requerimos conocer puede ser: por Afinidad, Gel

filtración, Cambio iónico, Cromatografía gasosa y Cromatografía en papel.

Las ventajas de estos métodos de cromatografía son la detección de drogas,

substancias de pequeño tamaño así como de una separación individual

Por medio de la cromatografía de columna se pueden separar las proteínas por su

carga, por su afinidad a un anticuerpo y por su tamaño; esto mediante resinas que tienen

características para cumplir su función, como estar cargadas positiva o negativamente,

las que tienen un anticuerpo en su superficie o las que tienen poros que impiden el paso

de las proteínas según su tamaño.

También se puede separar la proteína mediante el método de cromatografía en

papel en la que el conjunto de proteínas se pone en un papel y mediante un buffer que

arrastrara a las proteínas según su afinidad con el buffer y su peso y la facilidad con la

que se puedan desplazar entre el papel.

O por medio de un aparato que se conoce como electroforesis que consiste en

un gel de archilamida que tiene pequeños posos donde se pone la proteína que al ser

desnaturalizada y cargada negativamente al aplicar una corriente positiva es jalada una

por una todas las proteínas y se van atorando en la archilamida por su tamaño; este

proceso nos permite conocer el tamaño de la proteína y su cantidad.

DEGRADACION DE AMINOÁCIDOS

En el tracto digestivo de los vertebrados, los enzimas proteolíticos pepsina,

tripsina, quimotripsina, carboxipeptidasa y leucín-aminopeptidasa actúan en la

realización de la hidrólisis completa de las proteínas ingeridas rindiendo aminoácidos

libres, los cuales son absorbidos después pasando a la sangre para su transporte hasta el

higado, en donde tiene lugar la parte principal del catabolismo de los aminoácidos.

Los esqueletos carbonados de los aminoácidos experimentan su degradación

oxidativa transformándose en compuestos que pueden incorporarse al ciclo de los

ácidos tricarboxílicos para su oxidación. Los grupos amino de la mayoría de los L-

aminoácidos se eliminan por transaminación al ffl-oxoglutarato rindiendo glutamato.

Los grupos amino de los D-amino-ácidos pueden separarse por la D-

aminoácido-oxidasa. Existen cinco rutas mediante las cuales los átomos de carbono de

los aminoácidos se incorporan al ciclo de los ácidos tricarboxílicos; son éstas las

siguientes: la del acetil-CoA, la del a-oxoglutarato, la del succinato, la del fumarato y la

del oxalacetato. Los aminoácidos que siguen la ruta del acetil-CoA se dividen en dos

grupos. El primero, que comprende la alanina, la treonina, la glicina, la serina y la

cisterna, rinde piruvato (siendo, por tanto, glucogénicos) en la ruta del acetil-CoA, y, el

segundo grupo (la fenilalanina, la tirosina, la leucina, la lisina y el triptófano) produce

acetoacetil-CoA en la ruta al acetil-CoA. Los aminoácidos argi-nina, histidina,

glutamina, ácido glutámico y prolina penetran por la vía del a-oxoglutarato; la

metionina, la isoleucina y la valina se incorporan por la vía del succinato; cuatro átomos

de carbono de la fenilalanina y de la tiroslna entran en la vía del fumarato, mientras que

la asparagina y el ácido aspartico penetran por la vía del oxalacetato. En el hombre se

presentan ciertos defectos genéticos de los enzimas del catabolismo de los aminoácidos.

Muchos de ellos dan lugar a alteraciones patológicas serias. Las rutas de

catabolismo de los aminoácidos son complejas y comprenden muchos intermediarios

que actúan, frecuentemente, como precursores de otros componentes celulares

importantes.

En los animales ureotélicos (mamíferos terrestres y anfibios) la urea es el

producto final de excreción del nitrógeno aminico. Se forma en un proceso llamado

ciclo de la urea. Esta última es el resultado de la acción de la arginasa sobre la arginina,

y el otro producto de la escisión es la ornitina. La arginina se sintetiza de nuevo a partir

de la ornitina, por carbamilación de esta última a citrulina, a expensas del fosfato de

carbamilo y seguida de la adición de un grupo ¡mino a la citrulina procedente del ácido

aspartico. El ciclo de la urea tiene lugar en el hígado. Los animales amonotélicos (la

mayoría de los peces) excretan el nitrógeno aminico en forma de amoniaco, que deriva

de la hidrólisis de la glutamina. La glutamina se forma por acción de la

glutamínasintetasa a partir del ácido glutámico y del amoniaco derivado de los grupos

«-amino. Los animales uricotélicos (pájaros, reptiles terrestres) excretan el nitrógeno

aminico en forma de ácido úrico, que es un derivado de la purina.

Ciclo de la urea.

Este ciclo se regula gracias por medio de la carbamil fosfato sintetasa, ya que un

aumento en las reacciones de transaminación da lugar a un aumento en su actividad.

Después de las reacciones de desaminación que se producen en los aminoácidos,

el amonio se debe excretar. En función de los diferentes organismos, la forma de

hacerlo varía, por ejemplo, en los organismos ureotélicos (urea), uricotélicos (ácido

úrico) o amoniotélicos (amoniaco).

Los organismos vivientes excretan el exceso de nitrógeno que resulta del

metabolismo de aminoácidos en una de tres formas. Muchos organismos acuáticos

simplemente excretan amoniaco. Donde el agua es menos abundante, el amoniaco se

transforma en una molécula menos tóxica, además de que su excreción necesita de

menos agua. Uno de estos productos es la urea, la cual es excretada por la mayoría de

los vertebrados terrestres, el otro producto posible de excreción es el ácido úrico, que es

excretado por aves y reptiles terrestres.

En animales amoniotélicos, por ejemplo, peces óseos, el amoníaco se libera

rápidamente de la sangre en las branquias, gracias al gran volumen de agua que pasa a

través de éstas. Las bacterias y protozoos simplemente liberan el amoníaco al medio en

que el agua es abundante, donde se disuelve este compuesto.

Mientras que los animales uricotélicos, las aves y reptiles, la disponibilidad de

agua es limitada. Puesto que la excreción de urea por la orina necesita un gran volumen

de agua, esta circunstancia haría imposible el vuelo de las aves y provocaría una

deshidratación de los reptiles que habitan hábitats áridos. Para evitar esto, el amoniaco

se convierte en ácido úrico, compuesto insoluble que se excreta en forma de masa

semisólida de cristales de ácido úrico en las heces.

En la especie humana, el ión amonio es un compuesto muy tóxico que se

convierte en el hígado y el riñón en urea, en el llamado ciclo de la urea. Ésta pasa al

torrente sanguíneo y es eliminada por el riñón en la orina.

En nuestro organismo, la glutamina, es el aminoácido encargado de almacenar

de manera temporal, mantener dentro de los niveles aceptados y transportar el amonio.

El proceso es el siguiente, el amonio cuando está en tejido se une al ácido glutámico y,

después de la reacción mediada por la glutamina sintasa, se forma la glutamina que pasa

a la corriente circulatoria, desde donde la captura el hígado y la convierte de nuevo en

ácido glutámico, separándose el amonio por medio de la acción de la glutaminasa.

BIOSINTESIS DE AMINOACIDOS

El hombre puede sintetizar 10 de los 20 aminoácidos requeridos como sillares de

construcción en la biosíntesis de las proteínas. Los restantes aminoácidos son

nutricionalmente indispensables y es preciso obtenerlos de otras fuentes. Las plantas

superiores y muchos microorganismos pueden sintetizar todos los aminoácidos

partiendo del amoniaco como fuente de nitrógeno. En el grupo de los no esenciales, o

nutricionalmente dispensables, el ácido glutámico se forma por aminación reductora del

«-oxoglutarato, y es el precursor directo de la glutamina y de la prolina. La alanina y el

ácido aspártico se forman por transaminación con el piruvato y el oxalacetato,

respectivamente. La tirosina se produce por hidroxilación de la fenil-alanina. La cisterna

se origina a partir de la metionina por una serie compleja de reacciones cuyos

intermediarios más significativos son la S-adenosil-metionina, la S-adenosil-

homocisteína y la cistationina. La cadena carbonada de la cisteína procede de la serina y

el átomo de azufre, de la metionina. La serina se sintetiza a partir del 3-fosfoglicerato.

La serina también es el precursor de la glicina; su carbono /3 es transferido al

tetrahidrofolato.

Las rutas biosintéticas de los aminoácidos esenciales se han establecido

principalmente gracias a estudios realizados con bacterias. Los esqueletos carbonados

de la metionina y de la treonina proceden del ácido aspártico, mientras que el grupo

metilo de la metionina dimana del W-metil-tetra-hidrofolato. La lisina se produce por

dos caminos, el del ácido amino-adípico (bacterias) y el del ácido aminopimélico

(hongos). Las síntesis de la isoleucina, valina y leucina parten de los a-oxoácidos,

implican migraciones singulares de grupos alquilo, y transcurren por algunas etapas

corrientes. La arginina se forma a partir de la ornitina, la cual, a su vez, procede del

ácido aspártico. Los precursores de los aminoácidos aromáticos son compuestos

alifáticos que se ciclan a ácido siquímico, que constituyen un precursor esencial de

muchas biomoléculas aromáticas. El ácido siquímico rinde fenilalanina y tirosina por la

vía del ácido pre-fénico, y triptófano a través del ácido antranílico. La ruta conducente a

la histidina es de lo más complicada y orignal, e implica la cadena carbonada de una

pentosa y la fragmentación del anillo purínico del ATP.

La mayoría de las rutas biosintéticas de los aminoácidos se hallan sometidas a

inhibiciones alostéricas o de producto final; generalmente, el enzima regulador es el

primero de la secuencia. Algunos de los enzimas reguladores de las rutas ramificadas se

encuentran como isozimas y, por tanto, responden a más de un modulador. Los

aminoácidos son precursores de otras muchas e importantes biomoléculas, incluyendo

péptidos biológicamente activos como el glutatión y el antibiótico gramicidina, la

creatina (de la glicina y la metionina), las hormonas adrenalina y noradrenalina (de la

tirosina), la serotonina y el ácido indolacético (del triptófano) y las poliaminas

espermina y espermidina (de la lisina y la metionina). El anillo porfirínico del hemo y

de la clorofila deriva de la glicina y del succinil-CoA.

La fijación del nitrógeno molecular por las bacterias de los nodulos radicícolas

de las leguminosas es catalizada por el sistema de la nitroge-nasa, compuesto de una

ferroproteína y de una molibdo-ferroproteína. Los electrones necesarios para la

reducción vienen proporcionados por la ferredoxina reducida. Por cada electrón

utilizado para reducir el nitrógeno se requiere, por lo menos, un ATP. La nitrificación

del amoniaco por los organismos del suelo para formar nitrato, así como la desnitrifi-

cación del nitrato por parte de las plantas superiores para rendir NH3, completan el ciclo

del nitrógeno.

ENZIMAS

Las enzimas se clasifican basándose en la reacción que catalizan. Algunos enzimas son

proteínas simples; otros son proteínas conjugadas y contienen grupos prostéticos

constituidos por iones metálicos, por coenzimas, o por ambos. Las coenzimas y los

grupos prostéticos actúan como transportadores intermediarios de grupos funcionales

específicos, de átomos o de electrones. Muchos coenzimas contienen una molécula de

una vitamina determinada, nutriente orgánico del que sólo se precisan vestigios para la

función celular normal.

En las reacciones catalizadas por enzimas, un incremento de la concentración del

sustrato aumenta la velocidad de reacción hasta que se alcanza un punto en que dicha

velocidad se hace independiente de la concentración del sustrato. En este punto el

enzima se halla saturado y la reacción es de orden cero con respecto al sustrato. Para

cada enzima hay una concentración de sustrato característica (KM, la constante de

Michaelis-Menten) a la que la velocidad de reacción es la mitad de la velocidad

máxima. La relación cuantitativa entre la velocidad inicial de la reacción, la

concentración del sustrato KM y la velocidad máxima de un enzima vienen dadas por la

ecuación de Michaelis-Menten. Su deducción se basa en la suposición de que se forma

un complejo enzima-sustrato que es reversible, como etapa esencial de la catálisis. Los

enzimas exhiben también un pH óptimo y un intervalo de temperatura en el que son

estables y activos.

Los inhibidores competitivos de las enzimas son aquellos que reaccionan

reversiblemente con la encima libre en competencia con el sustrato para formar un

complejo enzima-inhibidor; su acción puede invertirse por incremento de la

concentración del sustrato.

Los inhibidores acompetitivos no reaccionan con el enzima libre, pero se

combinan reversiblemente con el complejo enzima-sustrato, impidiendo la formación de

los productos. Los inhibidores no competitivos reaccionan reversiblemente tanto con el

enzima libre como con el complejo enzima-sustrato. Los inhibidores irreversibles

producen una modificación química permanente de algún grupo funcional esencial en la

molécula del enzima. Las experiencias cinéticas se utilizan para distinguir entre los

diversos tipos de inhibición reversible de los enzimas; las representaciones doble

recíprocas son especialmente útiles para el análisis de estos datos cinéticos.

En las reacciones bisustrato de desplazamiento simple al azar, el enzima forma

un complejo ternario con ambos sustratos, los cuales pueden adicionarse en cualquier

orden. En las reacciones de desplazamiento simple ordenadas, existe una secuencia

obligatoria en la adición de los sustratos para formar el complejo ternario. En las

reacciones de doble desplazamiento, o ping-pong, un sustrato reacciona con el enzima y

su correspondiente producto se libera antes de que se combine el otro sustrato.

Las experiencias con enzimas se efectúan normalmente midiendo la velocidad

inicial de la reacción bajo condiciones en las que el enzima esté saturado con el sustrato

y el pH es óptimo. La existencia de complejos enzima-sustratos y de compuestos

covalentes se ha deducido de estudios cinéticos, de experiencias de captación, y de

mediciones espectrofotométricas.

La topografía del centro activo de los enzimas puede ser estudiada mediante la

determinación de la especificidad de sustratos, utilizando reactivos químicos específicos

capaces de modificar covalentemente los grupos funcionales esenciales para la catálisis,

por mareaje de afinidad y mediante análisis por rayos X de los complejos cristalizados

enzima-sustrato o enzima-inhibidor. Los grupos R de la serina, la histidina, la lisina y la

cisteína, presentes en las proteínas enzimáticas, intervienen frecuentemente en la

catálisis en el centro activo.

Las reacciones catalizadas por los enzimas son de 1020 veces más rápidas que las

correspondientes reacciones no catalizadas. Una parte principal del incremento de

velocidad depende probablemente de la colocación exacta del sustrato en la proximidad

y orientación apropiadas respecto al grupo catalítico, de modo que se alcance con

facilidad el estado de transición. En algunos enzimas se produce un incremento de

velocidad menor debido al funcionalismo de la catálisis covalente, en la cual un

compuesto covalente enzima-sustrato se forma y se destruye rápidamente. El

incremento de velocidad se hace también posible mediante la catálisis ácido-base de

carácter general promovida por los grupos dadores o acep-tores de protones situados en

el centro activo. La velocidad experimenta también un incremento en una medida que

por el momento no puede evaluarse debido a los cambios de conformación que se

producen cuando se combinan el enzima y el sustrato. Por otra parte, se está

comenzando a comprender el mecanismo de acción de algunos enzimas como la

quimotripsina y la lisozima.

Algunos enzimas están biológicamente adaptados para desempeñar una función

catalítica además de una reguladora. Los enzimas alostéricos resultan modulados por

enlace no covalente con algún metabolito específico. Por regla general, catalizan la

primera reacción de una secuencia mul-tienzimática y con frecuencia son inhibidos por

el producto final de la secuencia que se une a un centro regulador específico, o

alostérico de la molécula enzimática. Algunos enzimas alostéricos son estimulados por

su modulador, que puede ser el mismo sustrato. Los enzimas alostéricos muestran una

cinética atípica que no parece seguir la ecuación de velocidad clásica de Michaelis-

Menten. Algunos enzimas alostéricos muestran curvas sigmoidales en la representación

de la velocidad inicial frente a la concentración del sustrato, mientras que otros

muestran curvas hiperbólicas no rectangulares. Cuando la molécula del modulador se

halla unida a su centro específico, cambia el valor de KM aparente o de Vma, del enzima.

Casi todos los enzimas alostéricos conocidos poseen múltiples subunidades, que

en algunos casos son de dos tipos; catalíticas y reguladoras. Se han propuesto varios

modelos para explicar el mecanismo de la regulación alostérica. El modelo de simetría

propone que la molécula del enzima alostérico existe solamente en una de las dos

conformaciones posibles, activa o inactiva, mientras que el modelo secuencial postula

que las subunidades cambian de conformación en una secuencia determinada; es decir,

que no lo hacen simultáneamente, de modo que pueden existir estados intermedios con

diferente actividad catalítica.

Otra clase de enzimas reguladores experimenta su interconversión entre las

formas activa e inactiva por modificación covalente de algún grupo específico de la

molécula del enzima debido a la acción de otros enzimas. Constituye un ejemplo la

glucógeno-fosforilasa, que se convierte en su forma b, inactiva, por hidrólisis

enzimática de sus restos serina fosforilados y por disociación de su estructura

tetramérica en una forma dímera; esta última puede convertirse de nuevo en fosforilasa

a, activa, mediante fosforilación enzimática.

Algunos enzimas aparecen en formas múltiples, llamadas isozimas, dentro de

una especie determinada o tipo de célula. Contienen diferentes proporciones de dos o

más tipos de cadenas polipeptídicas lo que determina que las formas isozímicas difieran

en KM o Vmíx.

CARBOHIDRATOS O AZUCARES.

Los glúcidos son acétales o cetales polihidroxílicos con la fórmula empírica

(CH2O)n. Las pentosas (CsHwOs) y las hexosas (CeHuOs) son los glúcidos simples más

abundantes, o azúcares. Poseen éstos uno o más átomos de carbono asimétrico y existen,

por tanto, en forma de estereoisó-meros; la mayor parte de los azúcares que se

encuentran en la naturaleza, por ejemplo la ribosa, la glucosa, la fructosa y la manosa,

pertenecen a la serie D. Los azúcares con cinco o más átomos de carbono pueden existir

en dos formas anoméricas, las cuales son hemiacetales cíclicos es-tereoisómeros

formados entre un grupo hidroxilo del azúcar y el grupo carbonilo. Los anillos de cinco

y de seis miembros así formados se llaman furanosas y piranosas, respectivamente. Las

piranosas pueden aparecer en conformaciones de nave y de silla.

En la reacción de las pentosas y las hexosas con los alcoholes se forman

glucósidos anoméricos. Los grupos hidroxilo libres de los azúcares pueden acetilarse

por completo o metilarse; sus anillos pueden ser también escindidos por el ácido

periódico. Los azúcares pueden reducirse a azúcares-alcoholes; pueden oxidarse en el

átomo de carbono aldehídico a ácidos aldónicos; si lo hacen en el grupo hidroxilo

primario, a ácidos uronicos y si en ambos átomos de carbono terminales, a ácidos

aldáricos.

Los disacáridos están constituidos por dos monosacáridos unidos mediante

enlace glucosídico. La maltosa contiene dos restos de glucosa unidos, por enlace (14),

la celobiosa contiene dos restos de glucosa, la lactosa contiene galactosa y glucosa y la

sacarosa contiene glucosa y fructosa. En la sacarosa, los átomos de carbono anoméricos

de ambos monosacáridos se hallan mutuamente unidos y no pueden experimentar

oxidación.

Los polisacáridos (glucanos) se clasifican químicamente, como homo-

polisacáridos, que contienen una unidad monosacárida simple que se repite (por

ejemplo, el glucógeno, polímero de la glucosa) y heteropoli-sacáridos, que contienen

dos o más unidades monosacáridas que se repiten (por ejemplo, el ácido hialurónico, un

polímero en el que alternan el ácido D-glucurónico y la .ZV-acetil-D-glucosamina). Se

clasifican también funcio-nalmente bien como polisacáridos de reserva o como

estructurales. Los polisacáridos de reserva más importantes son el almidón y el

glucógeno; son polímeros ramificados de la glucosa con enlaces a (l4) en las cadenas

y enlaces a (16) en los puntos de ramificación. El polisacárido estructural más

importante es la celulosa, constituido por unidades de D-glucosa con enlaces /3(14).

Las paredes de las células bacterianas contienen peptidoglucanos (mu-reínas),

heteropolisacáridos del ácido N-acetilmurámico y N-acetilgluco-samina, con péptidos

cortos que enlazan transversalmente y que contienen D-aminoácidos. Las paredes

celulares de las plantas superiores contienen celulosa, otros polisacáridos y proteína.

Las células animales poseen cubiertas flexibles que contienen mucopolisacáridos-ácidos

acoplados a las proteínas. Existen tres clases de glucoproteínas, distinguidas por los

restos aminoácidos a los que se hallan unidas las cadenas laterales de oligosacáridos.

DEGRADACION DE CARBOHIDRATOS

La fermentación anaeróbica es la ruta más primitiva para la obtención de energía de

combustibles tales como la glucosa. En las células anaeróbicas constituye el único

proceso productor de energía. En la mayor parte de las células facultativas, constituye

una primera etapa obligada del catabolismo de la glucosa, que va seguida de la

oxidación aeróbica de los productos de la fermentación. Los dos tipos más corrientes de

fermentación son la glucólisis y la fermentación alcohólica. Ambas utilizan idénticos

mecanismos de conservación de la energia difiriendo solamente en sus etapas

terminales. La ecuación global para la glucólisis es glucosa + 2ADP + 2P( -* 2 ácido

láctico + 2ATP + 2H2O, y la de la fermentación alcohólica es glucosa + 2ADP + 2P¡ -»•

2 etanol + 2CO2 + 2ATP + 2H2O. Ambas fermentaciones son esencialmente

irreversibles.

La glucólisis se produce en dos fases. En la primera, la D-glucosa es enzimáticamente

fosforilada por el ATP, escindiéndose al final en dos moléculas de gliceraldehIdo-3-

fosfato. Otras hexosas, las pentosas y la glicerina, se incorporan también,

transformándose después de su fosforilación en gliceraldehído-3-fosfato.

En la segunda fase de la glucólisis, el gliceraldehído-3-fosfato es oxidado por el

NAD+, consumiendo fosfato inorgánico por acción de la gliceraldehído-fosfato-

deshidrogenasa, y formando 3-fosfogliceril-fosfato. Este último cede su grupo acil-

fosfato al ADP, rindiendo ATP y 3-fosfo-glicerato, que se isomeriza después a 2-

fosfoglicerato. Después de la des-hidratación de este último por la enolasa, el fosfoenol-

piruvato formado cede su grupo fosfato al ADP. El otro producto, el piruvato libre, es

reducido a lactato por el NADH formado en la deshidrogenación del gliceraldehído-3-

fosfato. Dos moléculas de ATP entran en la primera fase de la glucólisis y en la segunda

se forman cuatro a partir del ADP, con una ganancia neta de dos ATP por cada

molécula de glucosa. La eficacia de la recuperación de energia mediante la glucólisis en

el eritrocito intacto es de cerca del 50 %. En la glucólisis existen tres etapas

esencialmente irreversibles; son las catalizadas por la hexoquinasa, la 6-

fosfofructoquinasa y la piruvato-quinasa. La reacción catalizada por la fosfofructo-

quinasa, un enzima regulador, es la principal etapa limitante de velocidad en la

glucólisis. La incorporación de restos de glucosa procedentes del glucógeno y del

almidón a la glucólisis resulta posible gracias a la intervención de la glucógeno-

(almidón)-fosforilasa y de la fosfogluco-mutasa. La glucógeno-fosforilasa, que cataliza

la conversión del glucógeno en glucosa-1-fosfato, es un enzima regulador que existe en

forma activa (fosforilasa a) y en forma menos activa (fosforilasa b). Otras hexosas

distintas de la glucosa, tales como la fructosa y la galactosa, se convierten

enzimáticamente en intermediarios de la ruta glucolítica, igual que algunas pentosas. En

la fermentación alcohólica, la secuencia de reacciones es idéntica hasta la fase del

piruvato, pero éste, en lugar de reducirse a lactato, se descarboxila y produce

acetaldehído, que posteriormente se reduce a etanol.

BIOSINTESIS DE CARBOHIDRATOS

La ruta central común de la biosíntesis de la mayoría de los glúcidos a partir de

precursores no glúcidos es la ruta que va desde el piruvato a la glucosa-6-fosfato. La

mayor parte de las reacciones reversibles de la glucólisis son utilizadas en la dirección

de la biosíntesis. Sin embargo, existen dos reacciones irreversibles de la glucólisis que

se hallan sustituidas por reacciones de rodeo energéticamente favorables para la síntesis.

En la primera de ellas, el piruvato se convierte en fosfoenolpiruvato, según la

siguiente secuencia mitocondrial

ATP Piruvato + CO2——> oxalacetato —— >malato

que va seguida de la secuencia citoplasmática

Malato ——> oxalacetato ——> fosfoenolpiruvato + CO:

El segundo rodeo es la hidrólisis de la fructosa-l,6-difosfato a fructosa-6-fosfato,

por la hexosa-difosfatasa. La glucosa-6-fosfato formada a partir del piruvato por esta

ruta central puede ser desfosforilada para formar glucosa libre, por la acción de la

glucosa-6-fosfatasa. El ritmo de la gluconeogénesis está fundamentalmente regulado por

la primera reacción de la secuencia (piruvato-carboxilasa), y en segundo lugar por la

hexosa-difosfatasa» Tanto la glucólisis como la gluconeogénesis están reguladas

independientemente dando asi lugar a unos ciclos llamados ciclos fútiles, en los que se

pierde energía de ATP.

El lactato y los productos intermedios del ciclo de los ácidos tricar-boxílicos

pueden experimentar su conversión neta en glucosa, así como también los aminoácidos

glucogénicos. Por otra parte, ni el acetil-CoA ni el CO2 pueden experimentar su

transformación neta en glucosa en los tejidos animales. Sin embargo, en las plantas y en

los microrganismos, el acetil-CoA sí se convierte en glucosa por funcionamiento del

ciclo del glioxilato.

En la fotosíntesis de la mayoría de plantas de las zonas templadas, el CO2

consigue penetrar en el esqueleto de la glucosa por una reacción oscura con la ribulosa-

l,5-difosfato, formando 3-fosfoglicerato; a ésta se la denomina la ruta C3. A expensas

del ATP y del NADPH producidos por las reacciones luminosas, seis moléculas de CO 2

pueden, finalmente, convertirse en glucosa gracias al ciclo de Calvin, que incluye

reacciones de las rutas del fosfogluconato y de la glucólisis. En algunas plantas

tropicales (plantas C4), el CO2 se fija primeramente en las células mesó-filas formando

ácidos C4, los cuales son después transportados a las células túnico-vasculares y

descarboxilados, mientras el CO2 vuelve a ser refijado por la ruta C3. Las plantas C3

muestran una fotorrespiración considerable, la oxidación del ácido glicólico procedente

de una reacción del oxígeno (en vez del CO2) con la ribulosa-difosfato. Las plantas C4

son mucho menos activas en fotorrespiración pero mucho más eficientes en actividad

fotosintética neta que las plantas C3.

Los nucleósido-difosfo-azúcares, particularmente los derivados del uridín-

difosfato, son precursores de otros monosacáridos, tales como la D-galactosa, de

disacáridos como la lactosa y la sacarosa, y de varios polisacáridos. La formación de

glucógeno por la glucógeno-sintasa requiere uridín-difosfato-glucosa como donador de

glucosa. La glucógeno-sintasa se encuentra en una forma fosforilada, o forma D, que es

relativamente inactiva, pero que se ve algo estimulada por la glucosa-6-fosfato, y en

otra forma desfosforilada, o forma I, que despliega una actividad máxima y es

independiente de la glucosa-6-fosfato como modulador. El grupo fosfato de la D-

glucógeno-sintasa es escindido por una fosfoproteína-fosfatasa. La forma I puede ser

refosforilada por la proteína-quinasa, cuya forma inactiva se convierte en activa por el

adenilato cíclico. Las actividades de la glucógeno-fosforilasa y de la glucógeno-sintasa

están independientemente controladas en los músculos y en el hígado. Los nucleósido-

difosfo-azúcares son donadores de glucosilo en las biosíntesis de polisacá-ridos

estructurales extracelulares tales como la celulosa y los xilanos de las paredes de las

células vegetales, en la del ácido hialurónico y las cadenas laterales oligosacáridas de

las glucoproteinas de los tejidos animales, y en la de los péptido-glucanos de las paredes

celulares bacterianas. Ciertos pasos de la biosíntesis de las paredes celulares de las

bacterias son inhibidos por antibióticos específicos. Por ejemplo, la penicilina inhibe la

reacción final de formación de enlaces transversales en la biosíntesis del retículo de

peptidoglucano de la pared celular.

LIPIDOS

Los lípidos son unos componentes de las células, insolubles en el agua que

pueden extraerse mediante disolventes no polares como el cloroformo o el éter. Los

lipidos complejos, o saponificables contienen ácidos grasos, generalmente con un

número par de átomos de carbono de 12 a 22 átomos de carbono de longitud. Los dobles

enlaces de los ácidos grasos insaturados poseen en general, la configuración cis. En la

mayor parte de los ácidos grasos insaturados, un doble enlace se halla en posición 9,10.

Los ácidos grasos pueden separarse y analizarse por cromatografía de partición gas-

líquido.

Los triacilglicéridos (triglicéridos) contienen tres moléculas de ácido graso

esterificadas con los tres grupos hidroxilos de la glicerina. Los triacilglicéridos

desempeñan primordialmente el papel de combustibles de reserva en forma de gotitas de

grasa en las células. Los fosfoglicéridos contienen dos moléculas de ácido graso, que

esterifican a los dos grupos hidroxilo libres del gliceril-3-fosfato y un grupo alcohólico

esterificado por el ácido fosfórico. Sus grupos de cabeza polares difieren en polaridad y

en carga. Se encuentran, principalmente, en las membranas. Los esfingolípidos no

contienen glicerina, pero poseen dos largas cadenas hidro-carbonadas, una de ellas

aportada por un ácido graso, y la otra por la esfingosina, un aminoalcohol alifático de

cadena larga. La esfingomielina es el único esfingolípido que contiene ácido fosfórico.

Los glucoesfingolípidos neutros, contienen un grupo de cabeza hidrocarbonado;

los cerebrosidos que son los más sencillos, contienen o bien D-glucosa, o D-galactosa.

Siendo los glucocerebrocidos y galactocerebrocidos respectivamente. Los gangliósidos

son glucoesfingolípidos ácidos que contienen uno o más restos de ácido N-

acetilneuramínico; son elementos importantes en las superficies celulares. Las ceras son

esteres de los ácidos grasos con alcoholes de peso molecular elevado.

Los lípidos simples, o no saponificables, comprenden a los terpenos y a los

esteroides. Los terpenos son compuestos lineales o cíclicos constituidos por dos o más

unidades de isopreno. Los esteroides derivan del terpeno escualeno. Los esteróles son

alcoholes esteroides; el colesterol es el esterol más abundante en los tejidos animales

presente en la membrana celular y que le da la estructura y la fluidez. Otros esteroides

incluyen a las hormonas sexuales, las hormonas adrenocorticales y los ácidos biliares.

Las prostaglandinas, que son derivados cíclicos de ácidos grasos insaturados de

20 átomos de carbono, actúan en la regulación biológica.

PGE: estimula el adenilato ciclasa e inhibe la secrecion gastrica.

PGF2: elevador de niveles de cGMP.

PGH Sintetasa: inividor de la ciclo oxigenasa.

Tromboxano A2: induce agregación plaquetaria.

PGF2a: inhibe la secreción de progesterona y regula al cuerpo luteo.

PGF2a y PGE2: induce abortos en el segundo trimestre.

PGI2: reduce el riesgo de la formación de coágulos sanguíneos.

Los lípidos polares forman, espontáneamente, micelas monocapa y bicapa. Los

lípidos son transportados en la sangre por las lipoproteínas del plasma, de las que

existen cuatro clases diferentes, que se distinguen por sus diferencias de densidad.

La mayor parte de las membranas contienen entre un 50 y un 60 % de proteína, y

un 40-50% de lípido. Los lípidos están presentes en relaciones molares fijas, que con

toda probabilidad vienen, determinadas genéticamente. Se han propuesto varios

modelos de estructura de membrana. La evidencia dada por los experimentos apoya el

modelo del mosaico fluido, el cual está constituido por una bicapa de fosfoglicérido de

cristales líquidos, en la que penetran las proteínas globulares parcial o completamente.

Algunas proteínas de la membrana plasmática contienen cadenas laterales

oligosacarídicas que forman protuberancias en la superficie celular.

En conclusión los complejos simples in saponificables son los terpenos, los

esteroides y las prostaglandinas ;mientras que los complejos saponificables son los

triacilgliceridos , fosfogliceridos , esfingolipidos con sus respectivas subdivisiones.

Entre los ácidos grasos saturados que son los que no tienen dobles enlaces se

encuentran el laurico, el maristico, palmitico, estearico, araquidico y lignoserico;

mientras que de los insaturados que presentan un doble enlace se encuentran el ac.

Palmitoleico, oleico, linoleico y araquidonico.

Estos forman los triacilgliceridos que son los más sencillos de los lípidos, como

el tripalmitoilglicerina. Estos forman las grasas naturales que tienen la característica de

ser auto-oxidables y que les da un sabor extraño. Dentro del cuerpo estos son utilizados

como reserva de energía o como en el tejido subcutáneo y en específico en los

adipositos; una alta concentración de leptina es un signo de obesidad y la droga con la

que se controla este problema que es la obesidad es la serotonina.

Las ceras tienen una utilidad muy importante en la naturaleza ya que en el

humano sirve de lubricación en la piel y en algunos animales y plantas sirve para repeler

el agua como en el caso de las plumas de los patos y de las plantas de los desiertos que

tienen una superficie brillante. Los terpenos tienen una importancia debido9 a su

utilidad por las vitaminas liposolubles que son la A, E, D y K.

DEGRADACION DE LÍPIDOS

OXIDACION DE ACIDOS GRASOS.

El proceso de la B-oxidación se realiza en la matriz mitocondrial para lo cual se

requiere que el acido graso se una a un grupo CoA dando como resultado después de la

acción de una ligasa el acilo-CoA graso que traspasa del medio citosolico hacia la

matriz mitocondrial por medio de la ayuda de dos enzimas que son la carnitintransferaza

I y II que se encargan de intercambiar el CoA por carnitina que en los humanos se

sintetiza a partir de la lisina en el espacio intermembranal y de cambiarlo nuevamente

dentro de la matriz mitocondrial para así poder cortar los fragmentos de acetil-CoA

respectivamente; todo esto se describe a continuación con mayor detalle.

Los ácidos grasos libres de los tejidos animales son activados, en primer lugar,

por esterificación para formar tioésteres acílicos del CoA en la membrana mitocondrial

externa, convirtiéndose después en esteres O-acilicos grasos de la carnitina, que pueden

atravesar la membrana mitocondrial interna y penetrar en la matriz, en donde se vuelven

a formar de nuevo los tioésteres de los acilos grasos y del CoA, acil-(graso)-CoA. Todas

las etapas subsiguientes de la oxidación de los ácidos grasos tienen lugar en forma de

esteres del CoA dentro de la matriz mitocondrial. La eliminación de sucesivas unidades

de acetil-CoA por oxidación del acil-(graso saturado de cadena larga)-CoA, recibe el

nombre de B-oxidación. Se necesitan cuatro etapas de reacción para separar cada resto

de acetil-CoA: la deshidrogenación de los átomos de carbono 2 y 3 por acción de las

deshidrogenases de acil-(gráso)-CoA dependientes del FAD, la hidratación del doble

enlace A2-trans resultante por la enoil-hidratasa, la deshidrogenación del L-B-hidroxi-

acil-(graso)-CoA mediante una deshidrogenase NAD+-dependiente, y una escisión

(tiólisis) que necesita CoA, del B-oxoacil-(graso)-CoA, para formar acetil-CoA y el

tioéster del CoA de un ácido graso acortado en dos átomos de carbono, el cual puede

reincorporarse a la secuencia. Para la oxidación completa del ácido palmítico, de 16

átomos de carbono, se necesitan siete ciclos a través del sistema, produciéndose en

conjunto ocho moléculas de acetil-CoA. Los electrones que se separan en las dos etapas

de deshidrogenación fluyen hacia el oxígeno a lo largo de la cadena respiratoria,

acompañados de la fosforilación oxidativa del ADP. El acetil-CoA formado durante la

oxidación del ácido graso se oxida después a CO2 y H2O mediante el ciclo de los ácidos

tricarboxílicos. La ecuación global para la oxidación del ácido palmítico es

Ácido palmítico + 23O2 + 129P¡ + 129ADP ——>16CO2 + H5H2O + 129ATP

En este proceso, cerca del 40 % de la energía libre estándar de la oxidación del

ácido palmítico se recupera en forma de fosfato de energía elevada. Los ácidos grasos

insaturados necesitan unas etapas enzimáticas adicionales con objeto de 1) desplazar los

dobles enlaces a una posición adecuada para la etapa de hidratación, y 2) producir el L-

estereoisómero del intermediario 3-hidroxi. Los cuerpos cetónicos acetoacetato y B-

hidro-xibutirato se forman en el hígado como consecuencia de la desacilación del

acetoacetil-CoÁ. Luego son transportados a otros tejidos, en donde se oxidan por medio

del acetil-CoA y del ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Los ácidos grasos de número

impar de carbonos se oxidan a acetil-CoA y a propionil-CoA. La carboxilación del

propionil-CoA rinde metilmalonil-CoA, que experimenta isomerización a succinil-CoA.

Tanto la hidroxilación en a como la oxidación en posición w representan rutas

secundarias del metabolismo de los ácidos grasos en los animales. En los vegetales, la a-

oxidación de ácidos grasos de cadena larga conduce a la formación de aldehidos grasos,

que se reducen posteriormente a alcoholes grasos, componentes a su vez de las ceras

vegetales.

BIOSÍNTESIS DE LIPIDOS.

El ácido palmitico, saturado y de cadena larga, es sintetizado por un complejo

enzimático, el sistema de la ácido graso-sintetasa del citosol, que utiliza como portador

de grupo acilo a una proteína que contiene panteteína, proteína portadora de acilos

(ACP). El malonil-CoA formado a partir de acetil-CoA y HCO3 por la acetil-CoA-

carboxilasa es el precursor directo de siete de las ocho unidades de dos carbonos del

ácido palmitico. El acetil-ACP, formado a partir del acetil-CoA, reacciona con el

malonil-ACP, que deriva del malonil-CoA, produciendo acetoacetil-ACP y CO2. La

reducción del acetoacetil-ACP a su B-hidroxi-derivado, y la deshidratación de este

último al compuesto A2-no saturado, van seguidas de la reducción a butiril-ACP a

expensas del NADPH. Seis moléculas más de malonil-ACP reaccionan, sucesivamente,

sobre el extremo carboxilo de la cadena en crecimiento del ácido graso para formar,

finalmente, palmitoil-ACP, que es el producto final normal. El ácido palmitito es el

precursor de todos los demás ácidos de cadena larga, saturados y no saturados. El ácido

palmítico puede ser prolongado por reacción con restos sucesivos de acetil-CoA, en las

mitocondrias, o de malonil-CoA, en los microsomas. En los animales, los ácidos

palmitoleico y oleico se forman a partir de los ácidos palmítico y esteárico,

respectivamente, por la acción de un sistema oxigenásico que contiene citocromo b5,

que requiere NADPH como correductor. En las bacterias, los ácidos grasos con un solo

doble enlace se forman por la A2-deshidratación del B-hidroxidecanoil-ACP, seguida de

prolongación de la cadena. Los ácidos polienoicos se producen a partir de los ácidos

oleico y palmitoleico por la acción ulterior de oxigenasas desaturadoras. Los ácidos

esenciales linoleico y linolénico, se forman fácilmente en las plantas, pero no en los

animales, que necesitan ingerirlos con sus dietas.

Los triacilglicéridos se forman por una secuencia de reacciones en las que dos

moléculas de acil(graso)-CoA reaccionan con la glicerina 3-fosfato para formar ácido L-

fosfatídico, que es desfosforilado y después acilado por una tercera molécula de

acil(graso)-CoA. Así, el ácido fosfatídico es el principal precursor de los triglicéridos.

En los animales reacciona con la citidín-difosfo-etanolamina formando fosfatidil-

etanolamina. Esta última puede ser metilada a expensas de la S-adenosil-metionina, para

rendir fosfatidil-colina, la cual puede también formarse a partir de la CDP-colina y el

ácido fosfatídico. El ácido fosfatídico puede reaccionar con el CTP formando citidín-

difosfo-diacil-glicerina, que es el precursor de la fosfatidil-serina, del fosfatidil-inositol

y de la cardiolipina. La fosfatidil-serina puede, a su vez, ser descarboxilada y producir

fosfatidil-etanolamina.

La esfingosina, que es la base característica de los esfingolípidos, se forma por la

reacción entre el palmitoil-CoA y la serina. La esfingosina es acilada por los acil(graso)-

CoAs de prolongadas cadenas para producir ceramidas, que reaccionan con la CDP-

colina rindiendo esfingomielinas. Los cerebrósidos se forman a partir de las ceramidas,

por su reacción con la UDP-glucosa o la UDP-galactosa, o bien por una ruta alternativa

que parte de la psicosina, que es una esfingosina hexosa-sustituida.

El colesterol se forma a partir del ácido acético en tres etapas principales. En la

primera se produce ácido mevalónico a partir del acetil-CoA, por la vía del B-hidroxi-B-

metil-glutaril-CoA. En la segunda etapa el mevalonato se convierte en los isómeros 3-

isopentenil-pirofosfato y dimetil-alil-pirofosfato, que se condensa entre si formando

geranil-pirofos-fato. Este último se convierte, a su vez, en farnesil-pirofosfato, que es el

precursor directo del escualeno. En la tercera etapa, el escualeno experimenta su

ciclación al esteroide lanosterol, rindiendo finalmente colesterol, que es el precursor de

los ácidos biliares, de los esteróles fecales y de las hormonas esteroides.

Las prostaglandinas se sintetizan a partir de los ácidos grasos esenciales y de sus

derivados, mediante una ciclación que requiere oxígeno.

Enfermedades lisosomales:

Enfermedad de fabry------------------ Trihexosilceramida galactosil hidrolasa

Gangliosidosis------------------------- Β-galactosidasa

Síndrome de Hurler--------------------a-L-iduronidasa

Enfermedad de Gaucher-------------- Glucocerebrosidasa

Enfermedad de Krabbe--------------- Galactosilceramida-β- galactosilhidrolasa

Manosidosis-----------------------------a-manosidasa

Enfermedad Niemann-Pick---------- Esfingomielinasa

Enfermedad de Tay-Sachs----------- N-acetil-hexosaminidasa

GLUCOLISIS

Es un proceso oxidativo que no requiere oxígeno, que degrada la glucosa en

lactato, con ganancia de ATP. Es muy común en microorganismos anaerobios como

bacterias nitrificantes, bacterias productoras de metano, entre otros (principalmente

organismos anaerobios). En las levaduras, la glucosa se degrada a 2 moléculas de etanol

y dos de CO2.

La glucólisis es catalizada por la acción de 11 enzimas, localizadas en el

citoplasma celular

Se divide en 2 Fases:

En la primera fase, la glucosa se “ceba” produciendo Gliceralaldehido-3-fosfato

En la segunda fase, consta de reacciones “redox”, donde el producto de la primera fase

fosforila a 2 moléculas de ADP formando dos moléculas de ATP

PRIMERA ETAPA:

En esta etapa apreciamos como se fosforila la glucosa con la ayuda de una

molécula de ATP, donde intervien 2 enzimas, la glucoquinasa y la hexoquinasa, donde

la segunda es más rápida que la primera

En esta etapa se convierte a la glucosa 6 fosfato en fructosa 6 fosfato con la

ayuda de la glucosa-fosfato-isomerasa, que con ayuda de la etapa anterior inician la

primera etapa de “cebado” de la glucosa.

Aquí se fosforila la fructosa 6 fosfato con la ayuda de la de la 6-fosfofructo-

quinasa, para convertirla en fructosa 1,6 difosfato, esta es la segunda etapa de “cebado”.

La fructosa-difosfato-adolasa se encarga de la obtención de gliceraldehído-3-

fosfato, para ahora si introducirlo en la segunda etapa de la glucólisis.

Para aprovechar el segundo producto de la reacción anterior, la enzima triosa-

fosfato-isomerasa, se encarga de convertir a la dihidroxiacetona en gliceraldehido-3-

fosfato

SEGUNDA ETAPA:

Se oxida el fosfogliceraldehido con la ayuda de gliceraldehído-fosfato-

deshidrogenasa para así formar el 3-fosfogliceril-fosfato.

La enzima fosfoglicerato se encarga de la obtención del ATP adicionando el

grupo fosfato que se obtiene de la 3-fosfogliceril fosfato.

La fosfoglicero-mutasa se encarga de mover el fosfato de la tercera a la segunda

posición

En estas reacción participa la enolasa, la cual se encarga de producir un fosfato

de alto contenido energético.

Esta reacción produce otro ATP a partir de la desfosforilación del

fosfoenolpiruvato, la enzima que trabaja en la reacción es la piruvato-quinasa, dando

como resultado el piruvato.

Esta reacción el piruvato es reducido a lactato a través de la lactato-

deshidrogenasa, donde los electrones son transportados por el NADH que se obtuvo de

la reacción de 3-fosfogliceraldehido, estas reacciones se dan más en bacterias y en

algunas plantas

El lactato es excretado ó almacenado, para hidrogenarlo y producir piruvato.

El piruvato en células eucariontes, entra en la mitocondria, se degrada a acetil-CoA para

entrar así al ciclo de las pentosas.

GLUCONEOGENESIS

Es muy similar a la glucólisis pero en sentido contrario.La gluconeogenesis es lo

contrario de la glucólisis o más bien el proceso mediante el cual se saca una fuente de

energía alternativa para después realizar la glucólisis.

Se obtiene glucosa 6-fosfato a partir de piruvato. por medio de 12 reacciones

diferentes aunque según el requerimiento de energía si es demasiado la gluconeogenesis

puede tomar una vía mas rápida y sin tantas reacciones enzimáticas y que va desde

piruvato hasta fosfoetanol piruvato en la que la enzima que actúa será la piruvato

ortofosfato diquinasa

Intervienen casi las mismas enzimas del ciclo glucolítico

Difiere sólo en 2 partes, porque las reacciones glucolíticas Restantes son reversibles

En la reacción se le agrega con ayuda de energía dióxido de carbono al piruvato

para obtener oxalacetato, la reacción es catalizada por la enzima piruvato-carboxilasa.

Aquí el oxalacetato es fosforilado y se le retira un CO2 para convertirlo en

fosfoenolpiruvato con la ayuda de la enzima fosfoenolpiruvato-carboxiquinasa (GTP),

el grupo fósforo se obtiene del GTP

Esta es una ruta directa, que se puede emplear, para crear AMP cíclico y pasar

directamente al fosfoenolpiruvato, en dado caso de que haya un exceso de carbohidratos

degradados, y así poder almacenarlos posteriormente.La enzima que regula esta acción

es la piruvato-ortofosfato-diquinasa

En esta Etapa las reacciones de fosfofenolpiruvato hasta formar fructosa-1,6-

difosfato son muy parecidas a las que ocurren en la glucolisis, pero de sentido contrario,

debido a que todas las reacciones son reversibles, y casi no se requiere consumo de

energía para llevarlas acabo.

Aquí se encuentra la otra parte de las reacciones diferentes al ciclo glucogénico, ya que

en lugar de intervenir ATP interviene una molécula de agua para poder eliminar el

fósforo del primer carbono de la fructosa.La enzima que interviene es la fructosa-

difosfatasa

La ultima reacción consiste en la conversión de la fructosa-6-fosfato a glucosa-6-

fosfato, donde interviene la acción de la enzima glucosa-fosfato-isomeraza, la cual actúa

en las 2 rutas.

CICLO DEL ACIDO CITRICO.

También conocido como ciclo de krebs es el encargado de trasformar el piruvato

resultado de las degradaciones de los aminoácidos así como de la glucosa y una parte de

los ácidos grasos en acetil CoA por medio de una descarboxilación , a partir de este

paso se da una serie de cambios que se encargaran de transformar a este Acetil CoA en

diversos compuestos que al irse transformando liberaran tanto carbonos como los

electrones que serán transportados en la cadena electrónica para dar la formación de

ATP. Estos pasos se describen a continuación paso a paso hasta formar nuevamente el

oxalacetato para pasar nuevamente a citrato por la incorporación de un nuevo Acetil

CoA.

Formación del ac.citrico:

La enzima citrato sintasa fue descrita por Severo Ochoa quien la denominó

como enzima condensante, pues lleva a cabo una condensación aldólica entre el metilo

del Ac-CoA y el carbonilo del oxaloacetato, en la reacción se hidroliza el tioéster y se

forma el CoA-SH (succinil-CoA). Esta enzima también cataliza la formación del

monofluorocitrato a partir de monofluoro-Ac-CoA. Esta reacción es letal, pues el

fluoroacetato no es tóxico, pero el fluorocitrato es inhibidor de la aconitasa, siguiente

enzima del ciclo. La citrato sintasa en inhibida por succinil-CoA, ATP, NADPH, ésteres

de CoA y ácidos grasos de cadena larga (18C), no se sabe si esto último tiene

significado biológico

La reacción de la citrato sintasa se divide en tres pasos, los dos primeros son

concertados: 1.- formación del anión tioenolato; 2.- formación del S-citril-CoA (una

molécula quiral) y 3.- formación de citrato y liberación de CoASH.

Formación del isocitrato

La aconitasa cataliza la interconversión entre estos isómeros. La enzima

contiene Fe(II) y necesita un tiol como cisteína o glutatión (Glu-Cys-Gly) para efectuar

la reacción. Cataliza la adición reversible de H2O al doble enlace del ácido cis-aconítico,

el H y el OH del agua siempre se acoplan en posición trans entre ellos a través de la

formación del intermediario cis-aconitato.

Formacion del a cetoglutarato

Es una descarboxilación oxidativa del isocitrato para formar a-

ceto(oxo)glutarato y la generación de la primera molécula de CO2 y NADH del ciclo. La

enzima que cataliza la reacción es la isocitrato deshidrogenasa, que existe en dos

isoformas, una dependiente de NAD+ que sólo se encuentra en mitocondria y otra

dependiente de NADP+ que también está en citoplasma.

La enzima dependiente de NAD+ es el catalizador principal de la vía, necesita

ADP como modulador positivo, así como Mg2+. Es un homooctámero de 380,000 que es

inhibido por NADH y ATP. La isocitrato deshidrogenasa dependiente de NADP+ no es

alostérica.

Formación del succinil Coa

En animales, es una oxidación irreversible del a-ceto(oxo)glutarato, proceso

catalizado por el complejo de la a-ceto(oxo)glutarato deshidrogenasa que consiste en la

descarboxilación oxidativa de un cetoácido (a-ceto(oxo)glutarato), liberando el segundo

CO2 y NADH del ciclo del ácido cítrico. El proceso en general recuerda la reacción

catalizada por el complejo multienzimático de la piruvato deshidrogenasa; en este caso

las enzimas que forman el complejo son: a-cetoglutarato deshidrogenasa (E1),

dihidrolipoil transsuccinolasa (E2) y dihidrolipoil deshidrogenasa (E3). La reacción es

análoga a la oxidación del piruvato a Ac-CoA y se produce por el mismo mecanismo,

participan como coenzimas: PPi de tiamina, ácido lipóico, CoA, FAD+, y NAD+;

Formación del succinato

Es una disociación del succinil-CoA, la CoA no se pierde por simple hidrólisis,

sino en una reacción de conservación de la energía con el difosfato de guanosina y

fósforo inorgánico.

La enzima es la succinil-CoA sintetasa (también llamada succinato tiocinasa),

que sintetiza un enlace de alta energía en el GTP. Se ha encontrado que el mecanismo se

lleva por la fosforilación de la enzima en una histidina, el mecanismo de reacción

consiste de tres eventos:

1.- Succinil-CoA + Pi + Enzima (E) Û E-Succinil-P + CoA

2.- E-succinil-P Û E-P + succinato

3.- E-P + GDP Û E + GTP.

El GTP cede su –P al ADP para formar ATP reacción catalizada por la

nucleósido difosfato cinasa, esta es una fosforilación a nivel de sustrato como la que

cataliza la piruvato cinasa en la glucólisis.

Formación del fumarato

La oxidación del succinato es catalizada por la succinato deshidrogenasa,

flavoproteína que contiene FAD unido covalentemente.

FAD-ribitol-P-P-ribosa

I I

Flavina Adenina

Esta enzima está unida a la membrana interna mitocondrial, el FAD actúa como

un aceptor de hidrógenos en la reacción.

Esta enzima es una ferrosulfoproteína de 100,000 kDa, que contiene un FAD, 8

átomos de Fe y 8 de azufre; es un heterodímero. En la subunidad mayor (70,000 kDa),

se encuentra el FAD, 4Fe y 4S; la otra subunidad es de 30,000 Da. La succinato

deshidrogenasa es activada por succinato, fósforo inorgánico, ATP, y coenzima Q

(CoQ) reducida. Por otra parte, es inhibida por oxaloacetato, su actividad es mucho

mayor que las demás enzimas del ciclo y que las de la cadena respiratoria.

Formación de L-malato

La hidratación reversible del fumarato a L-malato es catalizada por la fumarasa, que es

una enzima hidratasa.

La fumarasa tiene un peso molecular de 200,000 kDa, es un homotetrámero

activo (sus monómero son inactivos cuando se separan). Esta enzima es Inhibida por

ATP, y es estereoespecífica para su substrato.

Formación de oxalacetato

Es la última reacción del ciclo. La malato deshidrogenasa NAD+ dependiente

cataliza la oxidación del L-malato a oxaloacetato. Es una enzima estereoespecífica, se

encuentran 2 isoformas en animales, una mitocondrial y otra citoplásmica.

Ciclo del acido citrico o de krebs

Figura: representación del ciclo de los ácidos tricaboxílicos y su función

en el metabolismo central.

De este ciclo de krebs se tendrán un total de 12 ATP´s ya que en cada

una de las reacciones que se mencionaron se libera ATP; 3 ATP´s en la

reacción de isocitrato a a-cetoglutarato; 4 ATP´s de a-cetoglutarato a

succinato ; 2 ATP´s de succinato a fumarato y finalmente 3 ATP´s de malato a

oxalacetato.

Figura: las reacciones del ciclo de Krebs.

CICLO DE LAS PENTOSAS

La hidrólisis del ATP –fuente de energía celular- es un proceso exergónico, cuya

energía está acoplada a muchas reacciones celulares de carácter endergónico. Las

células tienen una segunda moneda energética, el poder reductor.

La vía de las hexosas monofosfato, vía de las pentosas fosfato, o vía del

fosfogluconato, consiste de dos reacciones de oxidación irreversibles, seguidas de

reacciones de interconversión, reversibles, entre azúcares-fosfato.

Desde el punto de vista energético, no se produce ni consume ATP en el ciclo.

El carbono 1 de la glucosa-6-fosfato es liberado como CO2 y dos moléculas de NADPH

son producidas por cada fructosa-6-fosfato que entra al ciclo. A diferencia de la

glucólisis o de la cadena de transporte de electrones en los cuales la secuencia de

reacciones está bien definida, las reacciones de interconversión en la vía de las hexosas

monofosfato pueden funcionar en diferentes direcciones.

La velocidad y dirección de las reacciones en cualquier momento, están

determinadas por el abastecimiento y la demanda de los intermediarios del ciclo. La vía

de las penosas fosfato es un proceso citoplásmico y provee la mayor parte del NADPH

celular que funciona como reductor en las reacciones de óxido reducción.

En la biosíntesis de ácidos grasos, colesterol y en la fotosíntesis se necesita de

NADPH además de ATP para realizar los procesos metabólicos. Además de que el

NADH y el NADPH solo difieren en la presencia (NADPH) o no (NADH) de un grupo

fosfato en la posición 2´ de la adenosina, no son metabólicamente interconvertibles, de

hecho no participan en las mismas vías metabólicas. En el proceso también está

involucrada la especificidad de las deshidrogenasas por sus coenzimas.

El NADH participa en la utilización de la energía libre a partir de la oxidación

de metabolitos (cadena de transporte de electrones), para sintetizar ATP en la

fosforilación oxidativa.

El NADPH participa en la utilización de la energía libre a partir de la oxidación

de metabolitos para la biosíntesis de otros procesos endergónicos.

El NADPH es generado a partir de la oxidación de glucosa-6-fosfato a través de

una vía alternativa a la glucólisis conocida como vía de las pentosas fosfato, derivación

de las hexosas monofosfato (HMP) o vía del fosfogluconato.

En los mamíferos, el hígado, las glándulas mamarias, el tejido adiposo y la

corteza adrenal, tienen una síntesis de ácidos grasos y colesterol muy elevada. En el

hígado por ejemplo, aproximadamente el 30% de la oxidación de la glucosa se lleva a

cabo por esta vía.

El hígado, las glándulas mamarias y el tejido adiposo tienen una síntesis de

ácidos grasos y colesterol muy elevada, por el contrario, en la corteza adrenal se lleva a

cabo activamente la síntesis de esteroides dependiente de NADPH. En por ejemplo, en

el hígado, aproximadamente el 30% de la oxidación de la glucosa se lleva a cabo por

esta vía. Esta vía produce también ribosa-fosfato necesaria para la biosíntesis de

nucleótidos y provee un mecanismo para la utilización metabólica de azúcares de 5

átomos de Carbono ingeridos en los alimentos.

6-fosfogluconatoí ë

ribulosa 5-fosfato gluconolactona 6-fosfatoíì

ribulosa 5-fosfato

xilulosa 5-fosfato glucosa 6-fosfato éê

sedoheptulosa 7-fosfato fructosa 6-fosfato

eritrosa 4-fosfato éêfructosa 1,6-bisfosfato

èdihidroxiacetonafosfato

gliceraldehído 3-fosfato gliceraldehído 3-fosfato

Figura: representación de la vía de las pentosas fosfato.

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO

De los transportadores de átomos de H+ que son FADH2 y NADH que

transportan los átomos que se liberan en el ciclo de krebs y que pasaran a la membrana

interna de la mitocondria y por cada 2H+ se dará un ATP; el FADH2 pasa al complejo

II dando 2 moléculas de ATP mientras que el NADH pasa desde el complejo I dando

como resultado 3 moléculas de ATP.

Así es como a partir de los productos del ciclo de krebs se tiene un total de 16

moléculas de ATP ya que se tienen 4NADH que nos dan 12 moléculas de ATP y

2FADH2 que nos dan 2 moléculas más de ATP.

A partir de la membrana interna mitocondrial pueden ser aislados cinco

complejos enzimáticos denominados I, II, III, IV y V. Los complejos I-IV contienen

parte de la cadena de transporte de electrones, mientras que el complejo V cataliza la

síntesis de ATP por lo que no es propiamente un componente de la cadena de transporte

de electrones. Cada complejo acepta o dona electrones a acarreadores relativamente

movibles como la coenzima Q y el citocromo c. Cada acarreador de la cadena de

transporte de electrones puede recibir electrones de un donador y subsecuentemente

pueden donarlos al siguiente acarreador de la cadena, finalmente se combinan con

Oxígeno y protones formando agua. Este requerimiento por Oxígeno hace al proceso de

transporte de electrones la cadena respiratoria, la cual utiliza la mayoría del Oxígeno

consumido por un organismo aerobio.

Con la excepción de la coenzima Q, todos los miembros de esta cadena son

proteínas. Estas proteínas pueden funcionar como enzimas como en el caso de varias

deshidrogenasas, pueden contener fierro como parte de su centro fierro-azufre o pueden

contener cobre, como en el caso de los citocromos a y a3.

Formación de NADH

El NAD+ es reducido a NADH por deshidrogenasas las cuales remueven dos

átomos de Hidrógeno de su substrato. Ambos electrones pero sólo un protón (ion

hidruro: H-) son transferidos al NAD+, formando NADH mas un protón libre, H+, el

cual es liberado al medio.

Desidrogenasas de NADH

El protón libre más el ion hidruro acarreado por el NADH son ahora transferidos

a una deshidrogenasa de NADH, un complejo enzimático embebido en la membrana

interna mitocondrial. Este complejo tiene una molécula de flavín mononucleótido

(FMN) unido fuertemente que acepta los dos átomos de Hidrógeno (2e- + 2H+),

reduciéndose a FMNH2. La deshidrogenasa de NADH también contiene átomos de

fierro apareados con átomos de azufre lo que hace centros fierro-azufre. Estos centros

son necesarios para la transferencia de átomos de Hidrógeno al siguiente miembro de la

cadena, la ubiquinona.

Coenzima Q

Esta coenzima es un derivado de quinona con un largo tallo isoprenoide. Es

ubicua en los sistemas biológicos por ello se denomina también ubiquinona. La CoQ

puede aceptar átomos de Hidrógeno tanto del FMNH2 producido por la NADH

deshidrogenasa y del FADH2 producido por la succinato deshidrogenasa en el ciclo del

ácido cítrico y la acil-CoA deshidrogenasa en el metabolismo lipídico.

Citocromos

Los demás miembros del la cadena de transporte de electrones son citocromos.

Cada uno contiene un grupo hemo hecho de un anillo porfirínico que contiene un átomo

de fierro. A diferencia del hemo de la hemoglobina, el átomo de fierro del citocromo es

reversiblemente transformado mediante oxido reducciones en su forma férrica (Fe3+) y

ferrosa (Fe2+). Los electrones son pasados a los citocromos b, c y a + a3 desde la CoQ.

Transporte electronico

El flujo de electrones en las reacciones de oxido-reducción es responsable,

directa o indirectamente de todo el trabajo realizado en los organismos vivientes. En los

organismos no fotosintéticos, las fuentes de electrones son compuestos reducidos (los

alimentos); en los organismos fotosintéticos, el donador inicial de electrones es una

especie química excitada por la absorción de la luz solar. El flujo de los electrones en el

metabolismo es un proceso complejo, los electrones se mueven a partir de varios

metabolitos intermedios a acarreadores de electrones especializados en las reacciones

catalizadas por enzimas. Posteriormente, los acarreadores donan los electrones a

aceptores con elevadas afinidades por los electrones, este último proceso, genera

energía. Las células contienen una variedad de transductores de energía, los cuales

convierten la energía del flujo de electrones en trabajo.

El transporte de electrones, es la fuente principal de energía para las actividades

celulares, libera grandes cantidades de energía libre, la mayor parte de la cual se

almacena en forma de ATP en la fosforilación oxidativa. Las enzimas que catalizan el

este proceso, son generalmente más complejas tanto estructuralmente como en su

mecanismo catalítico que las enzimas de las otras vías metabólicas, y por tanto son

menos conocidas. La mayoría están en la membrana interna mitocondrial, por lo cual es

complicada su extracción y purificación. Tampoco es bien conocido cómo la liberación

de energía libre que se produce durante el transporte de electrones se conserva y

transforma en la energía del enlace fosfato durante la fosforilación oxidativa y las

síntesis del ATP. Por lo anterior, estas enzimas son un modelo de estudio muy atractivo.

Todos los siguientes procesos: el transporte de electrones, la energía libre de la

transferencia de electrones del NADH y FADH2 al O2 vía centros redox unidos a

proteínas, está acoplada a la síntesis de ATP.

FOSFORILACION OXIDATIVA

Este proceso forma parte del transporte electrónico y se realiza en el complejo

V de esta cadena respiratoria y se da gracias a la ATPsintasa que se mueva a causa de

la oxidación de NADH y de FADH2 e incorpora el Pi al ADP dando como resultado la

formación de ATP; a continuación se describe el funcionamiento por completo.

La transferencia de electrones en la cadena de transporte de electrones es

energéticamente favorable porque el NADH es un poderoso donador de electrones y el

Oxígeno molecular es un potente aceptor de electrones. De hecho el flujo neto de

electrones desde el NADH hasta el Oxígeno resulta en la síntesis de ATP. La

fosforilación oxidativa es una serie de eventos químicos que llevan a la síntesis de ATP:

ADP + Pi ® síntesis del ATP

fosforilación del ADP

El evento vital se lleva a cabo en la membrana plasmática bacteriana, en la

membrana interna mitocondrial y en los tilacoides de los cloroplastos.

En la década de los 30´s: Belitzer y Tsivakoba encontraron que el proceso de la

fosforilación de ADP en los tejidos animales estaba asociado a la respiración o consumo

de O2. Más adelante se describió que la respiración se lleva a cabo en las mitocondrias.

Krebs encontró el ciclo de los ácidos tricarboxílicos en el cual el piruvato se

transforma en Ac-CoA que a su vez interviene en la reducción de NAD+ y en la

posterior generación del succinato.

Como ha sucedido muchas veces a los largo de la historia de la investigación

científica, dos investigadores reportaron simultáneamente un evento bioquímico. En

1937, Kalkar en Dinamarca y Belitzer en la antigua URSS, encontraron una correlación

muy interesante entre la desaparición del Pi y la respiración. Estudiaron el efecto de la

adición de Pi (HPO34) a homogenados de tejidos de mamíferos; el experimento lo

realizaron en presencia y ausencia de 02 o en presencia de cianuro (CN-). Reportaron

que a medida que se consumía el 02 el Pi desaparecía del medio de reacción y que

cuando agregaban a un inhibidor del consumo de 02, CN- e este caso, el proceso no se

llevaba a cabo. Posteriormente se verificó que la síntesis de ATP es una reacción

endergonica, en la cual la respiración o consumo de 02 acopladas a la fosforilación del

ADP, genera energía.

En los seres vivos la oxidación de moléculas orgánicas tiene como resultado el

movimiento de protones (H+) del interior de la matriz mitocondrial al espacio

intermembranal en mitocondrias y cloroplastos o bien al citoplasma en las bacterias. La

cadena de transporte de electrones y la fosforilación oxidativa estuvieron separadas

conceptualmente por mucho tiempo. Las observaciones de la formación del ATP hacían

pensar a los investigadores en buscaba un intermediario fosforilado de la reación. Hasta

que en 1961 Peter Mitchell propuso la hipótesis quimiosmótica en la cual propuso que

el intermediario energético necesario para la formación del ATP (o fosforilación del

ADP), era una diferencia en la concentración de protones a través de la membrana.

La finalidad de todo este proceso del que se a hablado a lo largo de este

documento es la obtención de energía y materia prima mediante los procesos

catabólicos para tener compuestos mas simples y mediante estos producir mediante

procesos anabólicos lo que nuestro cuerpo requiere y en especifico de la célula y estos

procesos necesitan el consumo de energía y la obtienen de la misma célula que no

produce nada que no requiera.

En conclusión esta energía se desglosa de esta forma:

Hablaremos desde la degradación de la glucosa de la que ya se hablo en su momento en

la que tenemos como resultado la formación de dos moléculas de piruvato que entraran

al ciclo de krebs que al igual que en el caso de la glucosa en la glucólisis liberan

energía en forma de ATP como ya se había mencionado, pero a continuación se

integrara todo.

Glucólisis se ocupan 2 ATP´s

Se producen 4 ATP´s = 2 ATP´s

Ciclo de krebs

Se liberan 12 ATP´s en total como ya se menciono en el final del ciclo

de krebs

Cadena de electrones: como ya se menciono anteriormente por medio de NADH+

FADH+ al realizar la fosforilación oxidativa que en su momento

ya se menciono se adquieren 12 ATP´s de los 4 NADH y 4 ATP´s

de los 2 FADH.

El total se cuenta con 30 ATP´s por cada piruvato por lo que por cada molécula

de glucosa se obtendrá un total de 60 ATP´s y dependiendo de de la vía y del producto

que se degrade se darán variantes desde 32 a 38 ATP´s

La integración del metabolismo es tomar en cuenta las necesidades de la célula y

ver por que medios va a satisfacer estas necesidades desde los productos de los

organismos autótrofos como los carbohidratos así como las proteínas que consumimos y

los lípidos que al degradarse en compuestos sillares mas simples sirvan tanto para

producir los compuestos que requiere la célula tanto para la producción de la energía

que se requiere para mantener viva a la célula y para sintetizar los productos que la

forman esto es mediante el ATP que ya vimos como es que se da su producción y que

en el caso de la degradación de todo lo que consumimos en catabolismo es convergente.

Estas rutas son convergentes a la tercera etapa de la cadena respiratoria que es el

ciclo de krebs del que ya se ha hablado y que después de este se da la cadena de

trasporte electrónico, que por medio de la fosforilación oxidativa se da la formación de

ATP a partir del ADP que se da del gasto de ATP ya sea por la producción de otros

compuestos de importancia vital para la célula, o para el transporte activo o para las

proteínas que se encuentran en la célula que son dependientes del ATP para su

funcionamiento.

A partir de lo que consume nuestro sistema se produce lo que requerimos como

nuestros propios aminoácidos para la formación de las proteínas que nuestro cuerpo

requiere para su estructura o como enzimas así como los lípidos que conformaran las

membranas de las células del cuerpo y la glucosa que se convierte en glucogeno para

dar una reserva de energía ante una actividad física mediante las rutas anabólicas que a

diferencia de las rutas anabólicas estas son divergentes para dar diferentes compuestos

macromoleculares.