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Bioquímica Bioquímica

Bioquímica Metabólica y Biología Molecular Estructural, y Clínica

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

INDICE BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL Bioelementos.................................................................................................................................................... 5 Bioelementos primarios............................................................................................................................. 5 Bioelementos secundarios........................................................................................................................ 6 Oligoelementos o elementos traza .........................................................................................................12 El agua y sus propiedades........................................................................................................................22 glúcidos o hidratos de carBono .........................................................................................................25 Monosacáridos........................................................................................................................................25 Holósidos.................................................................................................................................................34 Heterósidos (glúcido + aglicona).............................................................................................................42 Técnicas de análisis de glúcidos.............................................................................................................44 Lípidos.................................................................................................................................................................45 Definición y función..................................................................................................................................45 Clasificación.............................................................................................................................................45 Ácidos grasos..........................................................................................................................................46 Lípidos saponificables.............................................................................................................................48 Lípidos insaponificables..........................................................................................................................54 Proteínas..........................................................................................................................................................62 Definición y función..................................................................................................................................62 Péptidos y enlace peptidico.....................................................................................................................68 Proteínas: tipos y niveles estructurales...................................................................................................71 Técnicas de análisis de proteínas...........................................................................................................79 Clasificación.............................................................................................................................................82 Glucoproteínas........................................................................................................................................82 Cromoproteínas.......................................................................................................................................90 Hemoproteínas........................................................................................................................................93 Proteínas de membrana plasmática.......................................................................................................96 Transporte a través de membrana.......................................................................................................98 Tipo de transporte....................................................................................................................................98 Proteínas G....................................................................................................................................................100 enzimas ............................................................................................................................................................102 Características.......................................................................................................................................102 Clasificación...........................................................................................................................................103 Mecanismo de acción enzimático.........................................................................................................104 Cinética enzimática................................................................................................................................106 Actividad enzimática.............................................................................................................................. 112 Enzimas reguladoras............................................................................................................................. 113 Serín-proteasas..................................................................................................................................... 115 Enzimas de interés clínico..................................................................................................................... 115 Vitaminas..........................................................................................................................................................123 Vitaminas hidrosolubles.........................................................................................................................123 Vitaminas liposolubles...........................................................................................................................133

BIOQUÍMICA METABÓLICA Bioenergética y metabolismo................................................................................................................136 Bioenergética.........................................................................................................................................137 Transferencia de grupos fosforilo y ATP................................................................................................138 Etapas en las rutas metabólicas ...........................................................................................................140 Metabolismo de la glucosa....................................................................................................................141 Catabolismo de la glucosa: glucólisis....................................................................................................141 Destinos metabólicos del piruvato.........................................................................................................147 Ruta alternativa de oxidación de la glucosa..........................................................................................163 Anabolismo de la glucosa: gluconeogénesis........................................................................................165 Metabolismo del glucógeno.................................................................................................................170 Catabolismo del glucógeno: glucogenolisis..........................................................................................170 Biosíntesis del glucógeno: glucogenogénesis......................................................................................173 Resumen de la glucogenolisis/glucogenogénesis................................................................................175

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Patología del metabolismo glucídico...............................................................................................176 Diabetes.................................................................................................................................................176 Defectos enzimáticos de la glucólisis....................................................................................................176 Defectos de la ruta de las pentosas fosfato..........................................................................................177 Defectos de la vía del ácido urónico......................................................................................................177 Defectos del metabolismo de otros monosacáridos.............................................................................177 Defectos enzimáticos de la gluconeogénesis.......................................................................................179 Defectos del metabolismo del glucógeno.............................................................................................179 Patología de la cadena respiratoria mitocondrial...................................................................181 Patología del metabolismo de los glucosaminoglucanos....................................................182 Metabolismo lipídico.................................................................................................................................184 Metabolismo de las lipoproteínas..........................................................................................................184 Catabolismo de lípidos..........................................................................................................................191 Anabolismo de lípidos............................................................................................................................199 Patología del metabolismo lipídico.................................................................................................... 211 Alteraciones del metabolismo de lipoproteínas.................................................................................... 211 Alteraciones de la oxidación de ácidos grasos.....................................................................................212 Alteraciones del metabolismo de fosfoglicéridos..................................................................................213 Alteraciones del metabolismo de esfingolípidos...................................................................................213 Obesidad................................................................................................................................................214 Metabolismo de aminoácidos.................................................................................................................216 Catabolismo de aminoácidos................................................................................................................216 Biosíntesis de aminoácidos.................................................................................................................. 222 Patología del metabolismo y transporte de aminoácidos......................................................229 Alteraciones del transporte de aminoácidos.........................................................................................229 Alteraciones del metabolismo de aminoácidos aromáticos..................................................................229 Alteraciones del metabolismo de aminoácidos azufrados...................................................................231 Alteraciones del metabolismo de aminoácidos básicos.......................................................................232 Alteraciones del metabolismo de aminoácidos ramificados.................................................................232 Alteraciones del metabolismo de aminoácidos alifáticos no ramificados............................................233 Alteraciones del ciclo de la urea............................................................................................................233 Metabolismo de nucleótidos................................................................................................................236 Biosíntesis de nucleótidos.....................................................................................................................236 Catabolismo de nucleótidos..................................................................................................................242 Alteraciones del metabolismo de nucleótidos...........................................................................244 Definiciones de hiperuricemia y gota....................................................................................................244 Alteraciones del metabolismo de purinas.............................................................................................244 Alteraciones del metabolismo de pirimidinas........................................................................................245

BIOQUÍMICA CLÍNICA Fase preanalítica........................................................................................................................................246 Sangre....................................................................................................................................................246 Orina......................................................................................................................................................247 Líquido cefalorraquídeo.........................................................................................................................249 Semen....................................................................................................................................................249 Fase analítica................................................................................................................................................250 Análisis de sangre..................................................................................................................................250 Análisis de heces...................................................................................................................................257 Análisis de orina.....................................................................................................................................258 Análisis de líquido cefalorraquídeo.......................................................................................................266 Análisis de líquido sinovial.....................................................................................................................268 Análisis de líquido seminal....................................................................................................................269 Análisis de líquido amniótico.................................................................................................................271 Marcadores tumorales...........................................................................................................................272 Bibliografía....................................................................................................................................................275

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BIOQUÍMICA ESTRUCTURAL 1. BIOELEMENTOS ● Los bioelementos o elementos biogenésicos son los elementos químicos que forman parte de los seres

vivos. Atendiendo a la proporción en la que se encuentran formando parte de la materia viva, podemos clasificarlos en 3 tipos:

MACROMINERALES

- Bioelementos primarios (99%) → C, O, H, N, P y S - Bioelementos secundarios (0,7-0,9%) → Na, K, Ca, Mg y Cl

>100 μg/mL

MICROMINERALES 4,5 mg/dL)

HIPOFOSFATEMIA (145 mmol/L)

HIPONATREMIA (5 mmol/L)

HIPOPOTASEMIA (10,2 mg/dL)

HIPOCALCEMIA (2,6 mg/dL) Figura 4. Distribución del calcio.

HIPOMAGNESEMIA (20 monosacáridos) - Homopolisacáridos → Formados por un solo tipo de monosacárido. - Heteropolisacáridos → Formados por 2 o más tipos de monosacáridos.

a) Homopolisacáridos ● Pueden ser de reserva (utilizados como combustible biológico) o estructurales.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Homopolisacáridos de reserva Almidón ● Se encuentra almacenado en las células vegetales constituyendo una fuente energética. Está presente

en numerosos alimentos. Ej. Patata, arroz, maíz y trigo.

● Está constituido por dos tipos de polímeros de glucosa: AMILOSA Y AMILOPECTINA. ● Amilosa (15-20%): largas cadenas sin ramificar de residuos de D-glucosa unidos por enlaces glucosídicos α (1→4), como en la maltosa. Presenta una estructura secundaria en forma de hélice.

Estructura de la amilosa

(80-85%): polímero de glucosa ramificado que tiene enlaces glucosídicos α (1→4) y en los puntos de ramificación, enlaces de tipo α (1→6). Existe un punto de ramificación cada 24-30 residuos. En la amilopectina el número de residuos de glucosa puede variar desde unos miles hasta un millón. ● Amilopectina

Estructura del almidón

digestión del almidón comienza en la boca con la acción de la α-amilasa salival que empieza a hidrolizar los enlaces glucosídicos. La digestión continúa en el intestino delgado, donde la α-amilasa pancreática hidroliza todos los enlaces glucosídicos α (1→4), excepto los cercanos al punto de ramificación. Los productos de la α-amilasa son la maltosa, el trisacárido maltotriosa y las dextrinas límite (oligosacáridos que contienen ocho unidades de glucosa con uno o más puntos de ramificación α (1→6)). ● La

Glucógeno ● Es el polisacárido de reserva más importante en las células animales. ● Presenta la misma estructura que la amilopectina pero en células animales: polímero de subunidades

de glucosa unidas por enlaces α (1→4) y con ramificaciones de tipo α (1→6).

● Los puntos de ramificación aparecen cada 8-12 residuos. ● El glucógeno es más compacto que el almidón.

molécula de glucógeno tiene un solo extremo reductor y “n” extremos no reductores (cada rama acaba con un azúcar no reductor). La presencia de muchos extremos no reductores facilita la movilización rápida de la glucosa en respuesta a la demanda de energía.

● Una

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Tipos de uniones en el colágeno

glucógeno es especialmente abundante en el hígado, donde representa el 7% de su peso, y en el músculo esquelético. ● Dado que la glucosa presenta una elevada osmolaridad, su almacenamiento intracelular en forma de gránulos de glucógeno (cuya osmolaridad es menor) evita fenómenos osmóticos. ● El

● Cuando

el glucógeno se utiliza como forma de energía, las unidades de glucosa son eliminadas por las enzimas degradativas una a una desde el extremo no reductor, actuando de forma simultánea sobre diferentes ramas y aumentando la velocidad de liberación de la glucosa. Recuerda

La amilosa, la amilopectina y el glucógeno son todo polímeros de la α-D-glucopiranosa. La amilopectina y el glucógeno son polímeros ramificados, aunque el glucógeno está más ramificado y es más compacto que la amilopectina.

Dextranos ● Son polisacáridos de D-glucosa unidos por enlaces α (1→6), presentes en bacterias y levaduras. ● Todos tienen ramificaciones α (1→3) y algunos presentan también ramificaciones α (1→2) o α (1→4). ● Tienen importancia en la formación de la placa dental por las bacterias.

Homopolisacáridos de función estructural Celulosa ● Es el polímero más abundante de la biosfera y el principal polisacárido de las plantas fibrosas y leñosas. Es insoluble en agua. ● Es un polímero lineal de unidades de D-glucosa (como la amilosa) unidas por enlaces β (1→4). Este

tipo de enlace distinto determina las características estructurales.

● La

celulosa se puede encontrar en forma de cadenas extendidas donde cada residuo de glucosa presenta un giro de 180º con respecto al adyacente en la cadena; se forman puentes de hidrógeno inter e intramoleculares.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Estructura de la celulosa ● Los animales carecen de enzimas capaces de hidrolizar los enlaces β (1→4) de la celulosa, por lo que

el ser humano no podrá utilizar la celulosa como fuente de energía. Quitina

● Es

un homopolisacárido lineal compuesto por residuos de N-acetilglucosamina unidos por enlaces β (1→4). Igual que la celulosa pero con sustitución del grupo -OH del C-2 por un grupo amino acetilado.

quitina es el componente principal del exosqueleto de los artrópodos y es el segundo polisacárido más abundante de la naturaleza. ● La

Recuerda

Un homopolisacárido utilizado para el estudio de la función renal es la INULINA, que se encuentra en los tubérculos, en las raíces de la alcachofa y en el diente de león. Está constituido por unidades de fructosa unidas por enlaces β (2→1). Se utiliza para determinar la velocidad de filtración glomerular.

b) Heteropolisacáridos (2 o más tipos diferentes de monosacáridos) Hemicelulosas. Son de carácter vegetal. ● Localizadas en la pared celular. ● Son polímeros de glucosa con otros azúcares distintos. Ej. Xilanos: polímeros de D-xilopiranosa con enlaces β (1→4) con grupos de sustitución como los glucomananos, entre otros.

Gomas y mucílagos. Son de carácter vegetal. ● Son heteropolisacáridos altamente ramificados. Contienen ácido galacturónico y ácido ramnoso galacturónico. ● Los mucílagos contienen también arabinosa-xilosa. ● Se encuentran en las secreciones de plantas y semillas.

Agar o gelosa. Son de carácter vegetal. ● Constituyentes de la pared celular de las algas rojas. ● Son heteropolisacáridos sulfatados, formados por D-galactosa y un derivado de la L-galactosa con un

enlace éter entre C-3 y el C-6.

capacidad de formar geles muy hidratados como la AGAROSA, que es igual que el agar pero menos sulfatado. Forman una matriz que retiene grandes cantidades de agua. Se utilizan para separar ácidos nucleicos en electroforesis. ● Tiene

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● El agar también se utiliza para formar una superficie adecuada para el crecimiento de colonias

bacterianas.

Alginatos. Son de carácter vegetal. ● Son constituyentes de las algas marrones.

● Son polímeros lineales de dos ácidos urónicos: el manurónico y el gulurónico.

● Se emplean como espesantes en cremas y detergentes, y en odontología para obtener impresiones de los dientes.

Peptidoglucano o mureína. Son de origen bacteriano. ● Forman parte de la estructura de las paredes celulares bacterianas.

un heteropolímero de unidades alternas de N-acetilglucosamina (NAG) y N-acetilmurámico (NAM) unidas por enlaces β (1→4).

● Es

Recuerda

El N-acetilmurámico es N-acetilglucosamina cuyo C-3 se une al ácido láctico mediante un enlace éter.

● Las cadenas paralelas de NAG y NAM presentan entrecruzamientos formados por cadenas tetrapeptídicas (L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala); estas cadenas tetrapeptídicas están unidas al NAM. ● Los entrecruzamientos peptídicos sueldan entre sí las cadenas de polisacárido y forman una envoltura resistente que rodea toda la célula, evitando que ésta se hinche y se lise a causa de la entrada de agua por ósmosis. ● La LISOZIMA rompe la pared celular bacteriana mediante la hidrólisis del enlace glucosídico β (1→ 4)

entre la NAG y el NAM. La lisozima se encuentra en las lágrimas del ojo, en la clara de huevo y en los bacteriófagos, donde permite que el fago se libere desde la bacteria huésped.

Estructura del peptidoglucano bacteriano

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Glucosaminoglucanos (gag). Son de origen animal. ● Son heteropolímeros que confieren una consistencia gelatinosa a la matriz extracelular (mantienen

unidas a las células y forman un medio poroso para la difusión de nutrientes y oxígeno).

 os GAG son una familia de polímeros lineales compuestos por unidades repetitivas de disacáridos. L Uno de los 2 monosacáridos es siempre N-acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina; el otro monosacárido suele ser un ácido urónico, generalmente ácido D-glucurónico o L-idurónico. ● Algunos

glucosaminoglucanos contienen grupos sulfato esterificados → Los GAG tienen elevada densidad de carga negativa debido a los grupos sulfato o carboxilato. Poseen elevado carácter ácido y elevada tendencia a la hidratación. ● Los GAG sulfatados se unen a proteínas extracelulares para formar PROTEOGLUCANOS. Recuerda

Los proteoglucanos se diferencian de las glucoproteínas en que contienen más de un 95% de hidratos de carbono. La unión entre la proteína y el azúcar se realiza mediante enlaces N u O-glucosídicos.

Tipos de glucosaminoglucanos



GAG

Composición

Función

Ácido hialurónico

Ácido glucurónico + NAG

GAG más abundante en el humor vítreo del ojo y el líquido sinovial de las articulaciones, donde sirve de lubricante

Condroitín sulfato

Ácido glucurónico + NAGalactosamina-4S

Componente importante del cartílago, tendones, ligamentos y paredes de la aorta

Queratán sulfato

D-Galactosa + NAG-6S

Córnea, cartílago y discos intervertebrales

Dermatán sulfato

Ácido idurónico + NAGalactosamina-4S

Piel

Heparán sulfato

Ácido idurónico-2S + NGlucosamina-2S, 3S

Producido por todas las células animales

Estructura de los glucosaminoglucanos ● La

HEPARINA es una forma fraccionada del sulfato de heparán producido en los MASTOCITOS y es un anticoagulante natural: se une a un inhibidor de proteasas, la antitrombina III, potenciando su acción e inhibiendo la coagulación. La heparina tiene la densidad de carga negativa más elevada entre todas las macromoléculas biológicas conocidas. ● El ácido hialurónico es el GAG de mayor peso molecular y es el único GAG no sulfatado.

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Estructura de la heparina Recuerda

Todos los GAG están formados por un ácido urónico de 6 C (habitualmente glucurónico), salvo el queratán sulfato que contiene galactosa.

HETERÓSIDOS (glúcido + aglicona) 1. PROTEOGLUCANOS ● Presentan un contenido en hidratos de carbono del 95%. ● Las células de mamífero pueden sintetizar hasta 40 tipos de proteoglucanos. ● Los proteoglucanos son los principales componentes de la matriz extracelular. Actúan como organizadores tisulares e influyen en la activación y adhesión del factor del crecimiento.

Su estructura consiste en una o más cadenas de azúcares tipo glucosaminoglucanos unidas covalentemente (mediante enlaces N u O-glucosídicos) a proteínas integrales de membrana o proteínas de secreción (la unidad básica es la “proteína núcleo”).

●

● Los GAG se unen a una secuencia fija de la proteína núcleo a través de un residuo de Ser localizado

en la secuencia tetrapeptídica Ser-Gly-X-Gly (salvo el queratán sulfato que se une a través de Asn; por tanto, único con enlace N-glucosídico). ● La unión se hace a través de la secuencia glucídica (puente trisacárido), Gal-Gal-Xyl (excepto en

el queratán sulfato y el ácido hialurónico).

Estructura de un proteoglucano ● Algunos proteoglucanos de interés:

- Sindecán: proteínas transmembranales que llevan unido heparán sulfato y en algunos casos, condroitín sulfato. - Glupicanos: anclados a la membrana a través de un lípido de membrana fosfatidilinositol. Contienen heparán sulfato. proteoglucanos pueden formar agregados como el AGRECÁN: enormes agrupaciones de muchas proteínas núcleo unidas a una sola molécula de ácido hialurónico. Las proteínas núcleo, a su vez, tienen unidas cadenas de queratán sulfato y condroitín sulfato.

● Algunos

● El

agrecán proporciona consistencia, resistencia y tensión a la matriz del tejido conjuntivo del cartílago. Está ALTAMENTE HIDRATADO.

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Estructura del sindecán y del agrecán Recuerda

Las proteínas fibrosas de la matriz como el colágeno, la elastina y la fibronectina, se encuentran entrelazadas con los proteoglucanos extracelulares para proporcionar resistencia y elasticidad.

2. GLUCOPROTEÍNAS Son proteínas que están unidas de forma covalente a hidratos de carbono (cadenas de oligosacáridos cortas) mediante enlaces de tipo N u O-glucosídico. La composición de hidratos de carbono varía del 1 al 70%.

●

● Si la unión es de tipo N-glucosídico:

- Los glúcidos se unen a través de la NAG o de la N-acetilgalactosamina al grupo amino de la cadena lateral de un residuo de asparagina (Asn), que suele estar formando parte de la secuencia -Asn-XSer/Thr. ● Si la unión es de tipo O-glucosídico:

- La porción glucídica se une a través de la N-acetilgalactosamina y el grupo hidroxilo de la cadena lateral del aminoácido serina o treonina. ● Las MUCINAS son glucoproteínas presentes en cantidades abundantes en las secreciones salivales, que contienen muchos glucanos cortos con enlaces de tipo O-glucosídicos; aumentan la viscosidad de los líquidos en los que están disueltas. Recuerda

Las secuencias donde se suelen establecer los enlaces O-glucosídicos son ricas en Gly, Val y Pro.

Tipos de enlaces glucosídicos

lectinas son proteínas presentes en todos los organismos que se unen a glúcidos mediante reconocimiento específico de una porción oligosacarídica de una glucoproteína o un glucolípido de membrana → Actúan en procesos de reconocimiento intracelular, señalización y adhesión celular.

● Las

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA 3. GLUCOLÍPIDOS ● Son lípidos que contienen cadenas de oligosacáridos covalentemente unidas.

Ej. GANGLIÓSIDOS: Lípidos cuyo grupo de cabeza polar es un oligosacárido complejo que contiene ácido siálico. LIPOPOLISACÁRIDOS: Son los componentes principales de la membrana externa de las bacterias gram negativas.

●

TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE GLÚCIDOS ● En glucoproteínas y glucolípidos, la porción glucídica se separa mediante enzimas GLUCOSIDASAS

O LIPASAS.

● Las mezclas de glúcidos → CROMATOGRAFÍA de intercambio iónico, de afinidad o de exclusión.

Polisacáridos → Hidrólisis enzimática (para producir fragmentos más pequeños o determinar la secuencia y configuración de los carbonos anoméricos).

●

● Oligosacáridos sencillos → Espectroscopía de masas.

Recuerda

Otros métodos de identificación de azúcares comportan su oxidación a ácidos aldónicos (el método de Fehling - Benedict utiliza cobre y el de Tollens utiliza nitrato de plata).

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4. LÍPIDOS DEFINICIÓN Y FUNCIÓN ● Los lípidos son un grupo de biomoléculas químicamente diverso que se caracteriza por ser insolubles en agua y solubles en disolventes apolares, como el éter, el cloroformo o la acetona. ● Sus funciones biológicas son variadas:

ComposiciÓN Combustible

● Grasas

Componente estructural

● Fosfolípidos,

Función

(TG) y ácidos grasos

colesterol

esfingolípidos y

● Ceras

Aislante

● Fosfolípidos,

esfingolípidos

celulares

● Aislante

● Hormonas

esteroideas, glicerolípidos, ác. grasos y eicosanoides

● Ácidos

● Componentes ● Amortiguador

y colesterol

Funciones especiales

● Almacenamiento

y liberación de energía

de las membranas

mecánico y aislante térmico

eléctrico

● Función

de señal: hormona, mediador, segundo mensajero

grasos, isoprenoides

● Anclaje

en la membrana

● Isoprenoides

● Cofactor

● Retinol

● Pigmento

(vitamina A)

para enzimas de la visión

CLASIFICACIÓN ● Se pueden clasificar atendiendo a su complejidad en:

a) Lípidos simples: ésteres de ácidos grasos (AG) con diversos alcoholes. - Grasas: ésteres de ácidos grasos con glicerol. Una grasa en estado líquido se conoce como aceite. - Ceras: ésteres de ácidos grasos con alcoholes monohídricos de peso molecular más elevado. b) Lípidos complejos: ésteres de ácidos grasos que contienen otros grupos químicos, además de un alcohol y del ácido graso. - Fosfolípidos: contienen un residuo de ácido fosfórico. Un tipo son los esfingolípidos, que contienen como alcohol, esfingosina. - Glucolípidos (glucoesfingolípidos): contienen ácido graso, esfingosina y carbohidratos. - Otros lípidos complejos. Ej. Lipoproteínas. c) Lípidos precursores y derivados. Incluyen ácidos grasos, esteroides, glicerol, alcoholes, vitaminas liposolubles y hormonas. ● Se pueden clasificar según su estructura en:

a) Lípidos saponificables: formados por ésteres de ácidos grasos. En presencia de NaOH o KOH forman jabones (saponificación: hidrólisis en presencia de álcali). - Acilglicéridos (monoacilglicéridos, diacilglicéridos y triacilglicéridos). - Lípidos complejos (fosfoglicéridos y esfingolípidos). - Lipoproteínas. - Ceras.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA b) Lípidos no saponificables: NO contienen ácidos grasos, por lo que no pueden formar jabones. - Terpenos - Esteroides - Eicosanoides

ÁCIDOS GRASOS (R-COOH) ● Son los lípidos más sencillos y son componentes de lípidos más complejos. ● Son ácidos monocarboxílicos con cadenas hidrocarbonadas de longitud variable (4-36 C) no polares. ● La cadena hidrocarbonada puede estar saturada, solo contiene enlaces simples, o insaturada, contiene uno o más dobles enlaces (AG monoinsaturados o poliinsaturados). Recuerda

La mayor parte de los ácidos grasos de la naturaleza tienen un número par de átomos de carbono y forman una cadena sin ramificaciones. Los ácidos grasos poliinsaturados son más abundantes que los monoinsaturados.

● Los ácidos grasos insaturados pueden encontrarse en 2 configuraciones:

- Isómeros CIS: los grupos semejantes o idénticos se localizan en el mismo lado del doble enlace. Presentes en la mayor parte de los ácidos grasos naturales. - Isómeros TRANS: los grupos semejantes o idénticos se encuentran en lados opuestos del doble enlace. Se producen durante la fermentación en el rúmen de los animales productores de lácteos y carnes, y durante la hidrogenación de aceites de pescados y vegetales. Su ingesta está asociada con niveles elevados de LDL y disminuidos de HDL.

Isómeros “cis” y “trans” de moléculas insaturadas

1. PROPIEDADES DE LOS ÁCIDOS GRASOS ● Factores que influyen en la solubilidad de los ácidos grasos:

- Longitud de la cadena hidrocarbonada: cuanto más larga sea la cadena, menor será la solubilidad en agua y mayor el punto de fusión. - Insaturación: la presencia de insaturaciones también afecta al punto de fusión, tanto directamente como por afectar al grado de empaquetamiento → A menor número de dobles enlaces, menor solubilidad en agua y mayor punto de fusión: 1) Los ácidos grasos saturados presentan rotación libre alrededor del enlace C-C, lo que les confiere gran flexibilidad; ésto les permite adoptar una conformación más estable cuando se empaquetan. 2) En los ácidos grasos insaturados, la presencia de un doble enlace en “cis” provoca un doblamiento en la cadena hidrocarbonada, por lo que el empaquetamiento es más débil y se necesita menos energía térmica para desordenar las moléculas. a igual longitud de cadena, los ácidos grasos insaturados tienen un punto de fusión menor que los saturados. Por eso, a temperatura ambiente, los ácidos grasos saturados tienen consistencia sólida (cérea) mientras que los insaturados tienen consistencia líquida.

● Así:

● El empaquetamiento de los ácidos grasos depende, por tanto, de las insaturaciones y también, de la presencia de ramificaciones en las cadenas hidrocarbonadas. Recuerda

Las longitudes cortas, las ramificaciones y las insaturaciones → < punto de fusión, > solubilidad en agua y > fluidez de membrana (la fluidez está determinada en parte por el % de AG insaturados de los fosfolípidos).

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Disposición espacial de los ácidos grasos ● Los ácidos grasos son ácidos débiles, con valores de pKa alrededor de 4,5.

+ RCOOH → ← RCOO + H ● A pH fisiológico se encuentran en forma aniónica (RCOO-). La carga del grupo carboxílico aporta cierto carácter hidrofílico (cabeza polar) a la molécula mientras que las colas hidrocarbonadas son hidrófobas (colas apolares). En consecuencia, los ácidos grasos se comportan como sustancias anfipáticas. En presencia de agua forman MICELAS (las colas hidrocarbonadas se agrupan juntas hacia el interior y las cabezas se localizan hacia el exterior en contacto con el agua).

Formación de micelas

2. ÁCIDOS GRASOS SATURADOS Nombre Común

Nombre Sistemático

Abreviatura

Ácido cáprico

Decanoico

C-10 (10:0)

Ácido láurico

Dodecanoico

C-12 (12:0)

Ácido mirístico

Tetradecanoico

C-14 (14:0)

Ácido palmítico

Hexadecanoico

C-16 (16:0)

Ácido esteárico

Octadecanoico

C-18 (18:0)

Ácido araquídico

Eicosanoico

C-20 (20:0)

47 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● El ácido palmítico y el ácido esteárico son los ácidos grasos saturados más abundantes en el hombre. ● En los ácidos grasos la numeración de los carbonos empieza por el carbono carboxílico.

3. ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS Nombre Común

Nombre Sistemático

Abreviatura

Ácido palmitoleico

9-cis-hexadecenoico

(16:1) C16Δ9

Ácido oleico

9-cis-octadecenoico

(18:1) C18Δ9

Ácido linoleico (ω-6)

9,12-cis-octadecadienoico

(18:2) C18 Δ9,12

Ácido α-linolénico (ω-3)

9,12,15-cis-octadecatrienoico

(18:3) C18 Δ9,12,15

Ácido araquidónico

5,8,11,14-cis-eicosatetraenoico

(20:4) C20 Δ5,8,11,14

● Los ácidos grasos insaturados más abundantes en el hombre son el ácido oleico y el ácido linoleico. ● Las

posiciones de los dobles enlaces se numeran en referencia al carbono carboxílico, al que se da el número 1. ● Los

dobles enlaces de los ácidos grasos poliinsaturados casi nunca son conjugados sino que están separados por un grupo metileno (están en posición malónica, es decir, siempre distantes 3 C).

4. ÁCIDOS GRASOS ESENCIALES Y NO ESENCIALES ● Los ácidos grasos son sintetizados a partir de acetil-CoA. Aquellos que el organismo no puede sintetizar y que debe obtener de la dieta se denominan ácidos grasos esenciales, como el ácido linoleico y el α-linolénico en mamíferos.

2 ácidos grasos esenciales son los precursores de los EICOSANOIDES (aunque el precursor inmediatamente anterior es el ácido araquidónico). ● Estos

● Existen dos fuentes de obtención de ácido araquidónico:

- La dieta: a partir del ácido linoléico ingerido, por desaturación y elongación. - La hidrólisis de los fosfolípidos de membrana, por acción de la fosfolipasa A2 (casi todo el ácido araquidónico celular se almacena en las membranas celulares en forma de ésteres en C-2 del glicerol de los fosfoglicéridos). Recuerda

La liberación del ácido araquidónico de la membrana es el paso limitante de la velocidad de síntesis de eicosanoides.

LÍPIDOS SAPONIFICABLES 1. ACILGLICÉRIDOS ● Son ésteres de glicerol y ácidos grasos. Una molécula de glicerol puede esterificarse con hasta 3 moléculas de ácidos grasos puesto que tiene 3 grupos hidroxilo. ● Según el número de ácidos grasos que reaccionan, los acilglicéridos pueden ser de 3 tipos:

a) Monoacilglicéridos. Cuando el glicerol se esterifica con 1 ácido graso. Se libera una molécula de agua.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA b) Diacilglicéridos. Cuando el glicerol se esterifica con 2 ácidos grasos. Se liberan 2 moléculas de agua.

c) Triacilglicéridos o triglicéridos (TG). Ésteres de una molécula de glicerol con 3 ácidos grasos. También se denominan “grasas neutras”.

mayoría de los triglicéridos naturales son mixtos: contienen 2 o más ácidos grasos diferentes. Los que contienen el mismo tipo de ácido graso en las 3 posiciones se llaman triglicéridos simples y se nombran según el ácido graso que contienen. Ej. Tripalmitina, triestearina o trioleína. ● La

● Los triglicéridos son:

APOLARES, HIDROFÓBICOS Y PRÁCTICAMENTE INSOLUBLES EN AGUA.

● Se almacenan en los adipocitos en formas de gotas de grasa y constituyen una forma de almacenamiento de energía más eficaz que los hidratos de carbono: los átomos de carbono de los ácidos grasos están más reducidos que los de los azúcares, por lo que la oxidación de los TG proporciona más del doble de energía que la de los glúcidos.

Recuerda

Los aceites vegetales están constituidos mayoritariamente por ácidos grasos insaturados, de ahí su consistencia líquida. El fenómeno de hidrogenación parcial en los aceites vegetales convierte gran parte de los enlaces “cis” en “trans”; la ingestión de ácidos grasos “trans” favorece la aparición de enfermedades cardiovasculares, ya que aumenta la concentración de TG y de colesterol ligado a LDL.

Estructura de los triglicéridos

2. CERAS ● Son ésteres de ácidos grasos de cadena larga con alcoholes de cadena larga (16-30 C). ● Sus puntos de fusión son más elevados que los de los triglicéridos. ● Son completamente insolubles en agua (sustancias repelentes del agua). ● Sirven como almacén de energía en algunos animales y como cubierta externa impermeable al agua.

49 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA 3. FOSFOGLICÉRIDOS (FOSFOACILGLICÉRIDOS, GLICEROFOSFOLÍPIDOS) ● Son

la principal clase de fosfolípidos. El fosfoglicérido más sencillo es el ácido fosfatídico (1,2-DAG 3-P) y todos los demás fosfoglicéridos derivan de él. ● Son lípidos de membrana formados por:

- 1 molécula de glicerol. - 2 ácidos grasos esterificando C-1 y C-2 del glicerol. Normalmente, el ácido graso en C-1 es saturado y en C-2, insaturado. - 1 grupo de cabeza polar unido al C-3 del glicerol a través de un fosfato mediante enlace fosfodiéster. ● Los fosfoglicéridos se nombran según el alcohol presente en C-3.

Fosfoglicéridos

Recuerda

El glicerol es proquiral, no tiene carbonos asimétricos, pero la unión de un grupo fosfato lo convierte en un compuesto quiral, que se denomina sn-glicerol-3-P.

Estructura del glicerol-3-fosfato

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● La fosfatidilcolina o lecitina es el fosfolípido más abundante en las membranas celulares. ● La dipalmitil-lecitina es el principal componente del surfactante pulmonar.

cardiolipina o difosfatidilglicerol presenta 2 ácidos fosfatídicos y 1 molécula de glicerol. Aparece cuando el -OH del C-3 del glicerol esterifica otra molécula de ácido fosfatídico. Es el principal lípido de las membranas mitocondriales. ● La

● Algunos fosfoglicéridos presentan una cadena de ácido graso unida al glicerol mediante enlace éter (en vez de éster), como ocurre en los PLASMALÓGENOS (poseen un enlace éter en el carbono sn-1). La cadena unida por el enlace éter presenta un doble enlace. Se encuentra de manera abundante en el músculo cardiaco (la mitad de los fosfolípidos cardiacos son plasmalógenos) y en el cerebro:

- Un tipo de plasmalógeno es el factor activador de plaquetas, que es liberado por los basófilos y estimula la agregación plaquetaria, la liberación de serotonina y presenta un papel importante en la inflamación y en la respuesta alérgica.

Lípidos con enlace tipo éter Recuerda

Además de la carga negativa del residuo de fosfato, algunos fosfolípidos tienen otra carga → La fosfatidilcolina (lecitina) y la fosfatidiletanolamina (cefalina) tienen una carga positiva en el átomo de nitrógeno del aminoalcohol por lo que la carga neta es cero: son fosfolípidos neutros. La fosfatidilserina, el fosfatidilinositol y la cardiolipina tienen carga neta negativa.

● El fosfatidilinositol es un componente estructural de las membranas y tiene un papel importante en la cascada de señalización intracelular como precursor de segundos mensajeros:

Fosfolipasa C activada por hormona e IP3

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA - Cuando un ligando se une a un receptor ligado a proteína G en la membrana, se activa una fosfolipasa C que hidroliza el fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato localizado en el lado citoplásmico. Se generan 2 compuestos que actúan de mensajeros intracelulares: inositol-1,4,5-trifosfato (IP3) y diacilglicerol (DAG). El DAG permanece asociado a la membrana plasmática. El IP3 produce la liberación de calcio desde la membrana del retículo endoplásmico. La presencia del DAG junto con el aumento citoplasmático de calcio activan la proteína quinasa C (PKC), que fosforila una serie de proteínas desencadenando la respuesta intracelular. - En esta cascada participa la calmodulina, que es una proteína de unión a calcio (proteína moduladora) con cuatro lugares de unión. Cuando la concentración intracelular de Ca2+ alcanza valores de 1 µM, el calcio se une a la calmodulina, provocando un cambio conformacional que hace que aumente la afinidad de ésta por diversas proteínas reguladoras, modulando sus actividades. Recuerda

Existe un grupo de compuestos conocidos como promotores tumorales que son los ÉSTERES DE FORBOL; estos compuestos mimetizan al DAG y activan de forma potente la PKC, interfiriendo con la regulación normal del crecimiento y la división celular.

4. ESFINGOLÍPIDOS ● Son

lípidos que poseen un grupo de cabeza polar y dos colas apolares, pero NO TIENEN GLICEROL; en su lugar tienen un aminoalcohol de cadena larga llamado ESFINGOSINA (18 C) que deriva de la Ser.

● Componentes:

- ESFINGOSINA + AG DE CADENA LARGA + GRUPO POLAR (AZÚCAR O ALCOHOL). - La esfingosina unida al ácido graso por enlace amida forma la CERAMIDA → Unidad estructural funcional común de todos los esfingolípidos.

Estructura de un esfingolípido ● Los diferentes tipos de esfingolípidos difieren en su grupo de cabeza polar:

a) Esfingomielinas ● Contienen fosfocolina o fosfoetanolamina, por lo que también son fosfolípidos. ● Se encuentran en las membranas plasmáticas de las células animales y son especialmente abundantes

en la vaina de mielina.

b) Glucoesfingolípidos ● Poseen

uno o más azúcares conectados al -OH en C-1 de la porción ceramida (siempre la unión del grupo polar es igual en todos los esfingolípidos).

● NO TIENEN FOSFATO. ● Dentro de este grupo tenemos tres clases:

Cerebrósidos Tienen un único monosacárido unido a la ceramida. Los cerebrósidos que contienen galactosa se encuentran en las membranas plasmáticas del tejido nervioso, mientras que los que contienen glucosa se hallan en las membranas plasmáticas de tejidos no nerviosos. ●

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Los

cerebrósidos se pueden sulfatar y entonces reciben el nombre de SULFÁTIDOS (a pH=7 están cargados negativamente). Globósidos Presentan en su cabeza polar 2 o más azúcares, generalmente D-glucosa, D-galactosa o N-acetilgalactosamina.

●

Los cerebrósidos no sulfatados y los globósidos no tienen carga a pH=7 y se denominan “glucolípidos neutros”. Gangliósidos Son los esfingolípidos más complejos. Contienen grupos de cabeza polares formados por oligosacáridos y uno o varios residuos del ácido siálico NANA (que aportan carga neta negativa). Los gangliósidos se concentran en la superficie exterior de las células. Se encuentran en elevada concentración en las células del tejido nervioso.

●

● Algunas de sus funciones son actuar como receptores específicos para funciones fisiológicas importantes, o como receptores de determinadas toxinas proteicas de origen bacteriano, como la toxina colérica. Además, la porción glucídica de ciertos esfingolípidos define los grupos sanguíneos humanos. ● Se nombran como M, D o T atendiendo a si tienen 1, 2 ó 3 residuos de ácido siálico..

Ojo

Los fosfolípidos y los esfingolípidos se degradan en los LISOSOMAS. Un defecto genético en cualquiera de las enzimas encargadas de la degradación de éstos lleva a su acumulación en los lisosomas. Ej. Enfermedad de Tay-Sachs o gangliosidosis GM2, debida a la deficiencia de la enzima N-acetilhexosaminidasa A que degrada el gangliósido GM2.

Lípidos de membrana

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA LÍPIDOS INSAPONIFICABLES NO poseen ácidos grasos en su composición.

1. ISOPRENOIDES ● Son

un grupo de biomoléculas que contienen unidades estructurales de 5 C que se repiten: unidades de isopreno (2-metil-1,3-butadieno). La ruta de biosíntesis comienza con la formación de isopentenil pirofosfato a partir de acetil-CoA.

Isoprenoides ● El isopentenil pirofosfato (IPP) se sintetiza a partir de 2 rutas:

- La ruta del mevalonato (la mayoritaria): la enzima limitante es la hidroximetilglutaril-CoA reductasa (HMGCoA reductasa). - La ruta de la desoxi-xilulosa-fosfato (GAP/Piruvato): minoritaria, en algunos terpenoides vegetales. ● Existen dos grupos fundamentales de isoprenoides: terpenos y esteroides.

a) Terpenos ● Están constituidos por unidades de isopreno (de 2 a 8). ● En

su mayoría son de origen vegetal, bacteriano o fúngico. En los vegetales actúan como pigmentos, hormonas, feromonas y agentes defensivos. Se clasifican de acuerdo al número de unidades de isopreno que contienen.

Tipos de terpenos ● El β-caroteno es un tetraterpeno precursor de la vitamina A. Las xantófilas son derivados oxigenados

de los carotenos. ● Existen

también politerpenos o poliisoprenos formados por cientos o miles de unidades de isopreno; la goma natural es un politerpeno formado por entre 3.000 y 6.000 unidades de isopreno. También la ubiquinona o coenzima Q, que participa en la cadena respiratoria mitocondrial. Otro compuesto poilisoprenoide es el dolicol, que participa en la síntesis de glucoproteínas transfiriendo residuos de carbohidrato a residuos de asparagina del polipéptido (N-glucosilación proteica).

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA b) Esteroides ● Son

derivados complejos de los triterpenos. Derivan de una estructura casi plana con cuatro anillos fusionados: ciclopentanoperhidrofenantreno. Se diferencian entre ellos por el número y posición de los dobles enlaces y por los sustituyentes (Ej. Grupos hidroxilo, carbonilo y alquilo).

Estructura de los esteroides

Tipos de esteroides Esteroles Son alcoholes esteroides. Presentan uno o más grupos hidroxilo y carecen de grupos carbonilo y carboxilo. El esterol más importante es el COLESTEROL:

●

- Presenta un grupo -OH en el C-3; dos metilos esenciales, C-18 (en la posición C-13) y C-19 (en la posición C-10), y una cadena lateral hidrocarbonada ramificada unida al C-17. Posee un doble enlace en posición 5-6. Tiene 27 C.

Estructura del colesterol

- El colesterol es débilmente anfipático debido al grupo hidroxilo del C-3. - Es un componente esencial de las membranas plasmáticas que regula su fluidez: a mayor contenido de colesterol, mayor rigidez de membrana. Representa del 30 al 40% de los lípidos de membrana. - Circula en sangre unido a lipoproteínas plasmáticas (LDL y VLDL). Solo el 30% del colesterol en sangre está libre, el 70% restante se encuentra en forma de ésteres de colesterol. - Es precursor de hormonas esteroideas, vitamina D y ácidos biliares. Ácidos biliares (24 C) ● Se

forman en el hígado a partir del colesterol. Actúan como detergentes en el intestino, emulsionando y solubilizando las grasas de la dieta para hacerlas más accesibles a las lipasas digestivas. Son más polares que el colesterol por tener varios grupos -OH. Los ácidos biliares primarios formados en el hígado son el ácido cólico y el ácido quenodesoxicólico; su deshidroxilación en el C-7 por acción de los microorganismos de la microbiota intestinal origina los ácidos biliares secundarios: ácido litocólico y ácido desoxicólico. Se conjugan con aminoácidos como glicina o taurina para originar las sales biliares.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Ácidos biliares

Hormonas esteroideas Tipos de hormonas esteroideas

Función

► Glucocorticoides: cortisol (21 C)

► Participan en el metabolismo de hidratos de carbono, proteínas y lípidos

► Mineralocorticoides: aldosterona (21 C)

► Regulan la excreción de sal y agua por los riñones

► Andrógenos: testosterona (19 C)

► Desarrollo y función sexual

► Estrógenos: estradiol (18 C)

► Desarrollo y función sexual

► Progestágenos: progesterona (21 C)

► Ciclo menstrual y embarazo

► Vitamina D (27 C)

► Regula el metabolismo del calcio

Tipos de hormonas esteroideas Ojo

Estos esteroides carecen de cadena lateral salvo el calcitriol (vitamina D).

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Glucocorticoides (21 C): CORTISOL

- Tiene efectos sobre casi todos los tejidos del organismo: 1) Metabolismo de glúcidos → Produce hiperglucemia, estimula la glucogenogénesis hepática y la gluconeogénesis. Inhibe la entrada de glucosa a las células salvo en el corazón y en el cerebro. 2) Metabolismo lipídico → Acción lipolítica sobre el tejido adiposo. 3) Metabolismo proteico → En músculo esquelético y tejido linfoide inhibe la síntesis proteica y estimula la proteolisis, mientras que en el hígado estimula la síntesis proteica. Aumenta los niveles de aminoácidos sanguíneos. 4) Inhibición del sistema inmunitario → El cortisol induce la síntesis de una proteína denominada lipocortina, que inhibe la actividad de la fosfolipasa A2, por lo que se bloquea la liberación de ácido araquidónico. Esto hace que la acción del cortisol sea más amplia que la de otros antinflamatorios no esteroideos. Además, inhibe la liberación de histamina por las células cebadas y los basófilos, la formación de fibrina alrededor del área inflamada y la síntesis de linfocitos T y B. Acelera la cicatrización de las heridas. ● Mineralocorticoides (21 C): ALDOSTERONA

- La aldosterona es el mineralocorticoide más potente. - La angiotensina II (principal regulador de la secreción de aldosterona) y el aumento de los niveles de potasio en plasma estimulan la liberación de aldosterona. - Estimula la reabsorción de sodio y la secreción de potasio en los túbulos distal y colector del riñón y en otros tejidos epiteliales, como las glándulas sudoríparas, la mucosa intestinal y las glándulas salivales. ● Andrógenos (19 C): TESTOSTERONA

- Son sintetizados en un 95% por las células de Leydig de los testículos y el resto, en la zona reticular de la corteza suprarrenal (predominan la dehidroepiandrosterona o DHEA y DHEAS). - La testosterona se transforma por acción de la enzima 5α-reductasa en dihidrotestosterona (DHT), hormona con acción más potente en los tejidos periféricos y encargada del desarrollo de los caracteres sexuales secundarios en el varón. - La testosterona también se puede aromatizar a estradiol por una aromatasa (Ej. Cerebro).

- Acciones de la DHT: 1. Desarrollo de los caracteres sexuales secundarios: - Aparición de vello facial, pubiano y en otras zonas corporales (tórax o espalda). - Recesión de la línea del pelo en la región temporal (aparición de calvicie). - Actúa sobre el metabolismo lipídico incrementando la actividad de las glándulas sebáceas: taponamiento e infección → Acné.

- Hipertrofia de la laringe y engrosamiento de las cuerdas vocales: la voz se hace grave. Funciones de la Testosterona ► Embriogénesis: desarrollo de los conductos de Wolff y diferenciación sexual cerebral ► Estimulación de la espermatogénesis ► Aumento de la síntesis proteica: incremento de la masa muscular ► Aumento de la matriz ósea y retención de calcio ► Incremento de la estatura: acción sobre los huesos largos. Aumento de GH y de IGF-1 ► Incremento de los glóbulos rojos: aumento de los niveles de eritropoyetina ► Aumento del volumen sanguíneo: aumento de la reabsorción de sodio en los túbulos renales

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Estrógenos (18 C): ESTRADIOL

- Se caracterizan por tener un anillo A aromatizado con un grupo hidroxilo en el C-3. - El estradiol presenta únicamente un grupo metilo en su estructura. Recuerda

El estriol es el principal estrógeno placentario. Resulta del metabolismo de la estrona y del estradiol en el ovario. La estrona es el estrógeno predominante después de la menopausia (procede principalmente de la conversión periférica de la androstendiona producida en las células tecales ováricas o en las glándulas suprarrenales, o del propio estradiol).

Funciones de los Estrógenos ► Desarrollo de los caracteres sexuales secundarios: crecimiento mamario, redistribución de la grasa corporal y desarrollo de genitales externos e internos ► Estimulación de la maduración del útero y del ovario (estimulación del desarrollo de los folículos ováricos) ► Regulación del crecimiento de los huesos largos ► Cierre de los cartílagos de conjunción: detención del crecimiento (a largo plazo) ► Mineralización de los huesos: activación de la α-hidroxilasa renal para dar vitamina D activa ► Disminución de los niveles plasmáticos de LDL y aumento de los de HDL: efecto antiaterogénico. Activación de la síntesis de receptores de LDL ●

Progestágenos (21 C): PROGESTERONA

- Es la hormona precursora de glucocorticoides, mineralocorticoides, andrógenos y estrógenos. - Deriva de la pregnenolona, que es el primer compuesto sintetizado en la esteroidogénesis a partir del colesterol. - Presenta un doble enlace en C-4 y dos grupos cetónicos en C-3 y C-20. - Es sintetizada por el cuerpo lúteo del ovario y por la placenta. - Funciones: 1) Promueve cambios secretores en el útero. Su función más importante es promover la capacidad secretora del endometrio uterino durante la segunda mitad del ciclo sexual femenino, preparando así al útero para la implantación del óvulo fecundado. 2) Reduce la frecuencia de las contracciones uterinas, ayudando a evitar la expulsión del cigoto implantado. 3) Favorece el desarrollo de las mamas. 4) Incrementa la temperatura corporal (acción termogénica). ●

Vitamina D (25 C): vitamina liposoluble

- Como vitamina D se engloba a una familia de compuestos formados por acción de la luz sobre los esteroles insaturados, como el ergosterol y el 7-dehidrocolesterol (epidermis y dermis). Los 2 compuestos más importantes con actividad vitamínica son el colecalciferol o vit D3 y el ergocalciferol o vit D2. Los derivados hidroxilados de la vit D son las formas metabólicamente activas. - La vitamina D3 o colecalciferol deriva del colesterol. - Tanto la vitamina D3 originada en la piel como las D2 y D3 procedentes de los alimentos pasan a la circulación. En el hígado son hidroxiladas por una enzima 25-hidroxilasa localizada en los microsomas y mitocondrias de los hepatocitos, originándose la 25-hidroxi-vitamina D o calcidiol, metabolito ya activo. A continuación, sufren una segunda hidroxilación en el riñón por una 1-α-hidroxilasa que origina la 1,25-(OH)2-D o calcitriol metabolito 500 a 1.000 veces más activo que su precursor. - Funciones: 1) Estimula la absorción de Ca2+ en el intestino.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA 2) Aumenta la reabsorción de Ca2+ y fosfato por los riñones. 3) Estimula la liberación de Ca2+ del hueso, aumentando su concentración sanguínea.

Estructura de la vitamina D

Biosíntesis de las hormonas esteroideas

2. EICOSANOIDES Son hormonas paracrinas producidas por la mayor parte de las células humanas salvo por los ERITROCITOS. Se sintetizan solo cuando van a ser utilizadas: no se almacenan.

●

● Comprenden: PROSTAGLANDINAS, LEUCOTRIENOS Y TROMBOXANOS.

a) Prostaglandinas (PG) ● Contienen un anillo ciclopentano con un grupo hidroxilo en C-15. Las prostaglandinas que pertenecen

a la serie E tienen un grupo ceto en C-9 y las que forman parte de la serie F tienen un grupo -OH en la misma posición (C-9). El subíndice en el nombre de la prostaglandina indica el número de dobles enlaces. Las prostaglandinas de la serie 2 (que derivan del ácido araquidónico) son las más importantes en el ser humano.

59 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Actúan regulando la síntesis del mensajero intracelular AMPc.

Recuerda

Las prostaglandinas de la serie 1 derivan del ácido eicosatrienoico y las de la serie 3 derivan del ácido eicosapentaenoico.

NOMBRE PGA

Grupos sustituyentes Grupo ceto en el C-9; enlace doble entre los C-10 y C-11

PGB

Grupo ceto en el C-9; enlace doble entre los C-8 y C-12

PGD PGE

Grupo OH en el C-9; grupo ceto en el C-11 Grupo ceto en el C-9; grupo OH en el C-11

PGF

Grupos OH en los C-9 y C-11

PGG



Dos átomos de oxígeno, interconectados entre sí y unidos a los C-9 y C-11; un grupo hidroxiperóxido en el C-15

PGH

Grupo OH en el C-15

PGI (Prostaciclina)

Anillo doble. Un átomo de oxígeno unido al C-6 y C-9, para formar otro anillo de 5 miembros. Última prostaglandina descrita

Tipos de prostaglandinas ● Las prostaglandinas de la serie 2 se sintetizan por acción del complejo enzimático PROSTAGLANDINA

SINTASA sobre el ácido araquidónico:

a) Actividad ciclooxigenasa: forma el anillo ciclopentano transformando el ácido araquidónico en PGG2. Los AINEs inactivan la ciclooxigenasa. b) Actividad hidroperoxidasa: genera PGH2 a partir de PGG2. La PGH2 es la precursora de las prostaglandinas y de los tromboxanos. Funciones de las Prostaglandinas ►M  edian la respuesta inflamatoria y fiebre. La PGE2 tiene efecto pirógeno

► Participan en el aumento de las contracciones uterinas del músculo liso durante el parto (PGE2 y PGF2) ► Inhiben la secreción gástrica (PGE2) ►P  revienen la hipertensión, produciendo vasodilatación (PGE2 y PGI2) ► Inhiben la coagulación y la agregación plaquetaria (PGI2) ● La acción de las prostaglandinas puede diferir en función del tejido ya que sus receptores son específicos

de tejido.

60 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA b) Tromboxanos (TX) (función éter). En las plaquetas y en las células pulmonares la TXA2 sintasa cataliza la transformación de la PGH2 en TXA2, que es el tromboxano biológicamente activo. El TXA2 se hidroliza espontáneamente a la molécula inactiva TXB2. ● Son moléculas heterocíclicas, donde el anillo está formado por 5 C y 1 O

Funciones de los tromboxanos ► Actúan en la formación de coágulos sanguíneos ► Reducen el flujo sanguíneo hacia el sitio del coágulo ► Estimulan la vasoconstricción y la agregación plaquetaria

c) Leucotrienos (LT) ● Proceden

del ácido araquidónico, pero a partir de una ruta independiente: el ácido araquidónico se transforma en 5-HPETE (hidroxiperoxieicosatetraenoico) por acción de la 5-lipooxigenasa; el 5-HPTE pasa a LTA4 (posee un epóxido), éste a LTC4 (reacción en la que interviene el glutatión) y posteriormente a LTD4 (contiene glicina y cisteína). Por eliminación de la glicina se forma el LTE4 (contiene cisteína). ● Poseen 3 dobles enlaces conjugados. ● El LTD induce la contracción de las vías aéreas del pulmón. Se han identificado los LTC , LTD y LTE 4 4 4 4 como componentes de la sustancia de reacción lenta de anafilaxia.

Ácido araquidónico Ácido graso ciclooxigenasa

PGG2 Peroxidasa

Prostaglandina endoperoxido E isomerasa

TXA2 sintasa

PGH2 Prostaglandina endoperoxido reductasa

PGE2

TXA2

PGF2 TXB2 Síntesis de eicosanoides

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

5. PROTEÍNAS DEFINICIÓN Y FUNCIÓN ● Son

moléculas órganicas nitrogenadas complejas; son polímeros lineales de aminoácidos. Se pliegan dando lugar a diversas formas tridimensionales que determinan la función biológica que realizan (la función de una proteína depende de su estructura).

● Funciones:

- Estructural, en células y tejidos → Colágeno y elastina. - Transporte de metabolitos en sangre → Albúmina. - Regulación de la expresión de genes → Proteínas de unión al DNA. Proteínas que participan en la replicación, transcripción y traducción. - Inmunidad → Inmunoglobulinas. - Contracción muscular → Actina y miosina. - Transporte de oxígeno y respiración celular → Hemoglobina y citocromos. - Almacenamiento de oxígeno → Mioglobina. - Coagulación sanguínea. - Catálisis de las reacciones metabólicas → Enzimas. - Regulación del metabolismo → Hormonas peptídicas, como la insulina. ● Las proteínas, por tanto, tienen tanto función estructural como dinámica.

AMINOÁCIDOS (AA) Los aminoácidos son ácidos aminocarboxílicos que constituyen las unidades estructurales de las proteínas.

●

● En general, todos los aminoácidos presentes en las proteínas son α-aminoácidos:

- Un α-aminoácido consta de un átomo de carbono llamado carbono α (contiguo al carbono carboxílico) unido a un grupo amino, a un grupo carboxílico, a un átomo de hidrógeno y a una cadena lateral. Los distintos α-aminoácidos se distinguen por sus cadenas laterales. - Con 4 grupos diferentes conectados al carbono α, los α-aminoácidos son compuestos quirales: las 2 formas especulares se llaman isómero L e isómero D. Ojo

El único α-aminoácido que no es quiral es la glicina ya que su cadena lateral es un átomo de hidrógeno. Hay dos aminoácidos con dos carbonos quirales: treonina e isoleucina. El resto de aminoácidos tienen un solo carbono quiral.

● Los aminoácidos que forman las proteínas son enantiómeros L. Como excepción, existen formas D en

algunos péptidos que componen las paredes bacterianas.

Estructura de un α-aminoácido Recuerda

Todos los aminóacidos, a pH=7, tienen el grupo amino y el grupo carboxilo ionizados.

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Estereoisomería de los α-aminoácidos

1. AMINOÁCIDOS PROTEICOS (α-AMINOÁCIDOS) a) Aminoácidos codificados ● Son los aminoácidos contenidos en el código genético: las proteínas pueden estar formadas por hasta 20

aminoácidos diferentes (19 aminoácidos y un iminoácido, la prolina).

● Atendiendo a la polaridad de la cadena lateral, a pH=7, los 20 aminoácidos se pueden clasificar en:

- Apolares: Gly, Ala, Val, Leu, Ile, Trp, Met, Phe y Pro. - Polares sin carga: Ser, Thr, Cys, Tyr, Asn y Gln. - Polares con carga negativa (ácidos): Glu, Asp. - Polares con carga positiva (básicos): Lys, Arg e His. Aminoácidos no polares o apolares. NO tienen cadena lateral ionizable.

● Todos poseen cadena lateral alifática, excepto la Phe y el Trp que son aromáticos. ● La Ala es el aminoácido más frecuente en las proteínas. ● La Gly, aunque formalmente es apolar, presenta una cadena lateral muy pequeña por lo que no tiene contribución real en las interacciones hidrofóbicas (algunas clasificaciones lo incluyen como polar sin carga). ● Val, Leu e Ile: son aminoácidos de cadena lateral ramificada. ● La Met tiene un grupo tioéter apolar en su cadena lateral. ● La Pro es un iminoácido (grupo amino secundario) y por tanto, difiere de la estructura general de los α-aa. Tiene una estructura cíclica porque la cadena lateral está enlazada de nuevo con el átomo de N formando un anillo. Ésto le da una conformación rígida que reduce la flexibilidad estructural de las regiones polipeptídicas que contienen este aminoácido. ● El

Trp presenta un heterociclo aromático: un anillo indólico. Es el aminoácido menos frecuente en las proteínas.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● La Phe (anillo bencénico) y el Trp (anillo indólico) tienen la capacidad de absorber la luz ultravioleta a 280

nm debido a sus anillos aromáticos. Aminoácidos polares sin carga.

NO tienen cadena lateral ionizable (salvo la Tyr y la Cys a determinados pHs, pero no a pH fisiológico).

● La Tyr presenta un grupo fenol. Aunque se incluya dentro del grupo de los aminoácidos polares sin carga,

es relativamente apolar (hidrofóbico). Su grupo hidroxilo puede formar puentes de hidrógeno y constituye un grupo funcional importante en algunas enzimas. Se sintetiza a partir de Phe. ● La Ser y la Thr presentan en su cadena lateral un alcohol primario y un alcohol secundario, respectivamente. ● La Asn y la Gln deben su carácter polar a sus grupos amida. ● La Cys presenta un grupo sulfhidrilo, que es apolar, pero puede establecer puentes de hidrógeno débiles con nitrógeno e hidrógeno, lo que le da un carácter polar débil (por lo tanto, está incluido dentro de los aminoácidos polares sin carga). Recuerda

La Cys se oxida formando un aminoácido dimérico llamado CISTINA, en el que 2 moléculas de cisteína se unen a través de un puente disulfuro. Los residuos unidos por enlace disulfuro son fuertemente hidrofóbicos.

Aminoácidos polares con carga negativa (ácidos) y polares con carga positiva (básicos). Tienen cadena lateral ionizable.

● Aminoácidos ácidos: son el ácido aspártico y el ácido glutámico. Presentan un ácido carboxílico en su cadena lateral. Tienen valores de pKa muy bajos. El aminoácido más ácido es el ácido aspártico.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Aminoácidos básicos: llevan grupos básicos en sus cadenas laterales → Son la histidina (imidazol), la

lisina (amino primario) y la arginina (guanidinio).

- La His es el aminoácido menos básico de los 3: presenta una cadena lateral ionizable con un pKa próximo a 6. Por lo tanto, a pH=7, la histidina puede tanto presentar carga positiva como no tener carga. Los residuos de His facilitan muchas reacciones al comportarse como dadores/aceptores de protones. - La Arg es el aminoácido más básico. ● Aquellos aminoácidos que deben de obtenerse necesariamente a través de la dieta se les denomina “esenciales”. Son: Val, Leu, Ile, Thr, Met, Phe, Trp, Lys e His (la arginina se clasifica como esencial, aunque solo en el periodo de lactancia).

b) Aminoácidos no codificados

● Se obtienen por modificaciones post-traduccionales.

AMINOÁCIDOS NO CODIFICADOS

LOCALIZACIÓN

► 4-Hidroxiprolina (4-OH Pro)

► Molécula de colágeno (proteína fibrosa)

► 5-Hidroxilisina (5-OH Lys)

► Molécula de colágeno

► Desmosina

► Derivado de cuatro residuos de Lys. Está en la elastina

► γ-Carboxiglutámico

► Protrombina y otros factores de coagulación vitamina K dependientes. Tiene una gran capacidad para fijar calcio

2. AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS ● Están presentes en las células en forma libre o combinada pero nunca formando parte de las proteínas.

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

FUNCIÓN Y LOCALIZACIÓN

► β-alanina

► Precursor del ácido pantoténico (vitB5). Se incorpora a la vitamina A en forma de panteteína

► Ornitina y citrulina

► Intermediarios de la síntesis de arginina y en el ciclo de la urea

► Ácido-γ-aminobutírico (GABA)

► Neurotransmisor inhibitorio del SNC. Se produce por la descarboxilación del glutamato

► Azaserina

► Sustancia con ligera actividad antitumoral

► Taurina

► Se conjuga con los ácidos biliares en el hígado; procede de la descarboxilación y oxidación de la cisteína

► Ácido-β-aminoisobutírico

► Producto final del metabolismo de las pirimidinas

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA 3. PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS ● Los

aminoácidos presentan un grupo amino, con carácter básico (aceptor de protones), y un grupo carboxilo, con carácter ácido (dador de protones).

● Todos

los aminoácidos con cadena lateral no ionizable presentan a pH fisiológico su grupo amino cargado positivamente y su grupo carboxilo cargado negativamente, es decir, el aminoácido se encuentra en forma de ión dipolar eléctricamente neutro (forma zwitterion). Son ANFÓTERAS (se pueden comportar como ácidos o bases).

● Cuando los aminoácidos presentan cadenas laterales ionizables, el grupo R puede presentar carga en

función del pH.

● La forma zwitterion es la especie predominante en el punto isoeléctrico (pI): valor de pH en el que la

carga neta es cero. El aminoácido en este punto no se desplaza en el campo eléctrico (no tiene por qué ocurrir a pH=7).

● Para estos aminoácidos sin cadena lateral ionizable el pI es la media aritmética de los 2 valores de pK a (pK1 y pK2).

pI: 1/2 (pK1 + pK2)

Estado de ionización de un aminoácido con cadena lateral no ionizable a distintos pH ● El

pKa es una medida de la tendencia de un grupo a ceder un protón: a mayor pKa, menor tendencia a ceder un protón. ● Para definir los valores de pKa y el pI de un aminoácido se realiza una curva de titulación. En general, sirve para determinar la cantidad de ácido o base presentes en una disolución y en este caso, permite definir el comportamiento químico del aminoácido en función del pH. Es una herramienta útil para determinar la reactividad de las cadenas laterales de los aminoácidos. ● Para

hacer la curva de titulación de la glicina se parte de una disolución del aminoácido a la que se va añadiendo de forma gradual una base fuerte, como el NaOH: - A pH bajo predomina la forma protonada, cargada positivamente. - Se sigue añadiendo base y el grupo carboxilo pierde su protón y la carga neta es cero. - Si el pH sigue aumentando, el grupo amino pierde su protón, por lo que la forma predominante en el medio presenta carga negativa.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Curva de titulación de la glicina ● Los aminoácidos con cadenas laterales con un grupos R ionizables presentan curvas de titulación más complejas, con 3 valores de pKa. ● pK

bajo: AMINOÁCIDO ÁCIDO.

● pK

alto: AMINOÁCIDO BÁSICO.

a a

● Si el pH es > que el pI: el aminoácido tiene carga negativa → Migra hacia el ánodo (+). ● Si el pH es < que el pI: el aminoácido tiene carga positiva → Migra hacia el cátodo (-). Recuerda

La magnitud de la carga neta de una proteína aumenta en función de la diferencia entre pH y pI.

pKa de los diferentes aminoácidos

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Ojo

El grupo sulfhidrilo de la cisteína y el grupo fenol de la tirosina solo se encuentran ionizados en condiciones muy alcalinas.

PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO aminoácidos se unen de forma covalente mediante un enlace amida sustituido llamado enlace peptídico. ● Los ● Se

forma por una reacción de condensación entre el grupo α-carboxilo de un aminoácido y el grupo α-amino del aminoácido contiguo, con eliminación de una molécula de agua.

Formación del enlace peptídico

El enlace peptídico tiene una estructura plana y rígida debido a la existencia de un fenómeno de resonancia que hace que el enlace C-N tenga cierto carácter de doble enlace, ligeramente más corto que el de una amina simple y por tanto, no permite la rotación sobre su eje.

●

enlaces peptídicos son híbridos de resonancia y los seis átomos implicados definen un “plano peptídico”. ● Los

● La limitación de giro del enlace hace que existan 2 configuraciones posibles: “cis” y ”trans”, aunque en la mayor parte de las proteínas la configuración es “trans” (el hidrógeno del grupo amino y el oxígeno del grupo carbonilo están en lados opuestos del plano). ● Ejemplo de configuración “cis”: en la molécula de colágeno, en los enlaces peptídicos en los que participa

la Pro.

Configuración "cis" y "trans" del enlace peptídico ● La conformación de un péptido está definida principalmente por 2 ángulos diedros (ángulos de torsión) entre residuos adyacentes a la cadena polipeptídica: Φ (fi) y φ (psi).

- El ángulo Φ (fi) describe la rotación entre N-Cα. - El ángulo φ (psi) describe la rotación entre Cα-C. ● En principio Φ (fi) y φ (psi) pueden adoptar cualquier valor entre ±180º, pero no todas las conformaciones están permitidas debido a impedimentos estéricos. Los valores permitidos de Φ (fi) y φ (psi) pueden visualizarse gráficamente en la representación de Ramachandran.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

El grupo peptídico plano y representación de Ramachandran para residuos de L-Ala Nota: En la representación de Ramachandran la zona amarilla indica las conformaciones no permitidas. ● Los péptidos también tienen capacidad de ionización por la presencia de los grupos amino y carboxilo terminales y de las cadenas laterales de los aminoácidos, ya que no participan en la formación del enlace peptídico. Por tanto, cada polipéptido tiene una curva de titulación característica y un punto isoeléctrico determinado. ● Las cadenas formadas por hasta 10 residuos de aminoácidos se llaman OLIGOPÉPTIDOS. ● Si

contienen entre 10 y 50 aminoácidos se llaman POLIPÉPTIDOS (masas moleculares inferiores a 10.000) y por encima de 50 aminoácidos se llaman PROTEÍNAS.

1. PÉPTIDOS DE INTERÉS BIOLÓGICO a) Tripéptido: GLUTATIÓN (γ-glutamil-L-cisteinilglicina) contiene un enlace γ-amida. Síntesis

Participan 2 enzimas: ● γ-Glutamilcisteína ● Glutatión

sintetasa

sintetasa

En el proceso se consumen 2 moléculas de ATP.

Metabolismo del glutatión

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Funciones: ● Es muy abundante en la mayoría de las células. Participa en procesos biológicos importantes → Síntesis de proteínas y de DNA, metabolismo de fármacos y transporte de aminoácidos. ● El glutatión en su forma reducida (GSH), a través del grupo sulfhidrilo de la cisteína, protege a las células

de los efectos de la oxidación, eliminando los peróxidos de hidrógeno y peróxidos orgánicos generados. Ej. En los hematíes, el H2O2 oxida el hierro de la hemoglobina a su forma férrica generando metahemoglobina, que es incapaz de unir oxígeno. El glutatión evita esta oxidación reduciendo el H2O2. Esta reacción está catalizada por la GLUTATIÓN PEROXIDASA (enzima que contiene selenio). 2 GSH + H2O2 → GSSG + 2 H2O ● Participa en la síntesis de leucotrienos

LTC4.

→ La adición del glutatión mediante enlace tioéter origina los

● Se comporta como transportador de aminoácidos mediante el ciclo del γ-glutamilo o ciclo de Meister

→ Este ciclo tiene lugar en el intestino, en los túbulos del riñón y en el cerebro, principalmente. Permite el transporte de aminoácidos neutros (principalmente, Cys y Gln) entre células como derivados γ-glutamilo:

Ciclo del gamma-glutamilo

- En la cara externa de las células renales la γ-glutamiltransferasa o γ-glutamiltranspeptidasa (GGT) forma el glutamil-aminoácido, que es captado por la células de otros tejidos transformándolo en oxoprolina y liberando el aminoácido transportado. La enzima limitante de la reacción es la γ-glutamilcisteína sintetasa. - Se necesitan 3 ATPs para transportar un aminoácido → 3 ATPs para regenerar el glutatión. ● Participa en la detoxificación de fármacos y xenobióticos. Se conjugan con el glutatión reducido de manera espontánea o mediante la enzima glutatión transferasa (GST), originando mercapturatos que son eliminados posteriormente. Ej. Transformación del inmunosupresor azatioprina en 6-mercaptopurina.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA b) Hormonas peptídicas

HORMONAS

ESTRUCTURA

FUNCIÓN

Insulina

2 cadenas peptídicas unidas por puentes disulfuro

Metabolismo de hidratos de carbono: hipoglucemiante

Oxitocina y vasopresina (ADH)

2 péptidos de nueve aminoácidos (solo se diferencian en dos aa). Poseen 2 Cys unidas por puentes disulfuro

Son sintetizados en el hipotálamo. La ADH estimula la reabsorción de agua a nivel renal. La oxitocina induce el parto y produce la eyección de la leche

Leptina

Proteica

Liberada desde los adipocitos. Reduce la ingestión de alimentos

Neuropéptido Y/ Galanina/Ghrelina

Peptídica

Estimuladores del apetito

Colecistoquinina/ α-MSH

Peptídica

Inhibidores del apetito

Met-encefalina y Leu-encefalina

Péptidos opiáceos. Son pentapéptidos que se diferencian solo en los aa C-terminales

Están en las células del tejido nervioso. Son péptidos inhibidores del dolor

PROTEÍNAS: TIPOS Y NIVELES ESTRUCTURALES 1. TIPOS DE PROTEÍNAS Considerando los niveles de organización de las proteínas, se pueden clasificar en:

a) Fibrosas ● Presentan largas cadenas polipeptídicas dispuestas en hebras u hojas. ● Constan de un único tipo de estructura secundaria y presentan una estructura terciaria sencilla. ● Son insolubles en agua. ● Cumplen

parte.

función estructural: confieren resistencia y flexibilidad a las estructuras de las que forman

b) Globulares ● Tienen forma esférica. ● Presentan varios tipos de estructura secundaria en una misma molécula. ● Son solubles en agua. ● Cumplen una función dinámica (enzimas, proteínas reguladoras).

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Proteínas fibrosas y globulares

2. NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS a) Estructura primaria ● Se refiere a la secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica. La estructura tridimensional y la

funcionalidad de las proteínas están determinadas por su estructura primaria.

b) Estructura secundaria ● Se refiere a la distribución espacial de los átomos de un segmento específico de la cadena polipeptídica,

consecuencia principalmente de las interacciones entre los residuos próximos en la secuencia de aminoácidos. Esta disposición espacial viene determinada por los valores de los ángulos Φ (fi) y φ (psi). Existe un número limitado de estructuras secundarias, que son muy estables y que se encuentran ampliamente distribuidas en las proteínas. Son: Hélice α ● Estructura helicoidal con enrollamiento dextrógiro. ● Cada giro incluye 3,6 residuos/vuelta. ● Distancia entre aminoácidos consecutivos: 1,5 Å. ● Paso de vuelta: 5,4 Å. ● Longitud media: 11-13 residuos.

estabiliza por puentes de hidrógeno intracatenarios, que se forman entre un grupo carbonilo de un enlace peptídico de un residuo “n” y el amino del enlace peptídico de un residuo de la posición “n+4” (puentes de hidrógeno paralelos al eje de la hélice).

● Se

● Las cadenas laterales de los aminoácidos se disponen hacia el exterior de la hélice. ● Espacialmente, el aminoácido más próximo a otro es el situado a n+3 o n+4. ● Aminoácidos más frecuentes: Ala, Glu, Leu y Met. ● Aminoácidos menos frecuentes: Pro y Gly.

La presencia de Pro es poco frecuente por dos razones: 1. Su cadena lateral cíclica produce un acodamiento que no es compatible con la hélice α y la desestabiliza. 2. El enlace peptídico en el que participa la Pro carece del grupo –NH libre necesario para formar el puente de hidrógeno intracatenario. La Gly aparece con menos frecuencia por el pequeño tamaño de su cadena lateral, que le proporciona mayor flexibilidad conformacional.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Otros factores que desestabilizan la hélice α:

- Alternancia de aminoácidos L y D. - Presencia de aminoácidos voluminosos de forma contigua o residuos sucesivos con la misma carga. - Un aminoácido cargado positivamente en el extremo aminoterminal. - Un aminoácido cargado negativamente en el extremo carboxiloterminal. - Interacciones entre grupos R, distantes 3 ó 4 residuos. ● Se da tanto en proteínas fibrosas (Ej. Queratina) como en globulares.

Estructura de una hélice α

Lámina β ● Conformación más extendida de la cadena polipeptídica; el esqueleto de la cadena se encuentra en zigzag. ● Se establecen puentes de hidrógeno intercatenarios. ● Las

hebras pueden pertenecer a cadenas polipeptídicas diferentes (lámina β intermolecular) o pueden ser partes diferentes de la misma cadena (lámina β intramolecular). ● Todos los residuos presentan una rotación de 180º respecto al precedente. ● Atendiendo a la orientación de las hebras adyacentes, la lámina β puede ser:

- Paralela → Cuando las hebras se disponen con la misma orientación de sus grupos amino y carboxilo terminales. - Antiparalela → Orientación amino-carboxilo opuesta. Los puentes de hidrógeno son perpendiculares a las hebras y más estables.

La conformación β en cadenas polipeptídicas

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Suelen estar constituidas por residuos de aminoácidos con R relativamente pequeños. ● Ej. β-queratina, fibroína de la seda (alto contenido en Gly y Ala).

Giro β ● Son

giros o bucles donde la cadena polipeptídica cambia de dirección 180º y están implicados cuatro residuos de aminoácidos (frecuentemente, Gly y Pro). ● Los giros β suelen encontrarse conectando los extremos adyacentes de 2 segmentos de hojas β antiparalelas.

Recuerda

Las proteínas globulares suelen presentar combinaciones de estructuras secundarias de hélice α y lámina β que se denominan estructuras supersecundarias, motivo o plegamiento. Es frecuente encontrar giros β sirviendo de nexo entre ambos tipos de estructura secundaria.

Estructuras supersecundarias. a) Unidades βαβ; b) Meandro β; c) Unidad αα; d) Barril β y e) Llave griega

c) Estructura terciaria define como la disposición tridimensional global que adoptan todos los átomos de una proteína al plegarse sus estructuras nativas → Interacciones entre aminoácidos no adyacentes a la cadena polipeptídica. ● Se

● El plegamiento de las proteínas está dirigido por unas proteínas denominadas CHAPERONAS. ● Evolutivamente, la estructura terciaria de las proteínas está más conservada que la primaria. ● Está estabilizada por:

1. Interacciones hidrofóbicas: son interacciones entre las cadenas laterales de aminoácidos no polares, como alanina o valina, que se colocan hacia el interior. Favorecen el plegamiento. 2. Interacciones de Van Der Waals. 3. Puentes de hidrógeno. 4. Enlace iónico: puente salino → Entre residuos cargados (ácidos y básicos) que quedan hacia el exterior de la proteína. 5. Enlace covalente: puentes disulfuro. Estabiliza la estructura después del plegamiento. Protege de los cambios adversos de pH o de concentración salina. ● El

tipo de interacción que más contribuye a la estabilización de la estructura terciaria es el de carácter débil o no covalente (al igual que en la secundaria). Recuerda

DOMINIO de una proteína: región compacta de la estructura terciaria plegada localmente. Los dominios múltiples son frecuentes en proteínas globulares. Esta región de la cadena polipeptídica es estable de manera independiente. A menudo los diferentes dominios tienen funciones distintas.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Interacciones que mantienen la estructura terciaria

d) Estructura cuaternaria definida por interacciones no covalentes entre varias cadenas polipeptídicas; cada cadena polipeptídica se denomina subunidad. ● Está

● Una proteína con múltiples subunidades se denomina MULTIMÉRICA; cuando al menos 2 de ellas son idénticas se denomina OLIGOMÉRICA. Las subunidades idénticas se denominan PROTÓMEROS. Ej. Estructura cuaternaria: hemoglobina.

Estructura cuaternaria de la hemoglobina

3. COLÁGENO (Proteína fibrosa) ● Es la proteína más abundante de vertebrados. ● Se encuentra en el tejido conjuntivo de tendones, cartílago, matriz orgánica de los huesos y córnea del ojo. ● La unidad básica del colágeno es la molécula de TROPOCOLÁGENO:

- Consta de 3 cadenas polipeptídicas y, cada una de ellas de manera individual, es una hélice levógira (con 3,3 aa/vuelta) denominada cadena α. Las 3 hélices se enroscan entre sí originando una superhélice dextrógira. A su vez las moléculas de tropocolágeno se empaquetan en haces paralelos “cabeza con cola” formando una fibra de colágeno. - Los aminoácidos más frecuentes son: Gly (35%), Pro (21%), 4-OH Pro (21%) y Ala (11%). Carece de Cys. - Una secuencia frecuente es: Gly-X-Y (donde a menudo X es Pro e Y es 4-OH-Pro). - La presencia de Gly cada 3 residuos permite que las tres cadenas se enrosquen muy estrechamente. ● Se establecen puentes de hidrógeno intercatenarios, en los que participa la Gly. ● La presencia de residuos hidroxilados como 4-OH-Pro y 5-OH-Lys contribuye a la estabilidad del colágeno. Su síntesis está catalizada por la prolil-hidroxilasa y lisil-hidroxilasa respectivamente. Ambas enzimas requieren vitamina C y hierro en forma ferrosa (Fe2+) como cofactor.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA La presencia de hidroxilisina permite la formación de entrecruzamientos intramoleculares e intermoleculares de las unidades de colágeno. Estos entrecruzamientos se forman por reacción entre 2 restos de lisina o hidroxilisina. Algunos residuos de hidroxilisina unen de forma covalente ciertos azúcares (glucosa y galactosa). Estos enlaces contribuyen a la fortaleza del colágeno. ●

Estructura del colágeno

a) Síntesis del colágeno El colágeno se sintetiza extracelularmente a partir del procolágeno. Este procolágeno posee unas regiones globulares en los extremos N y C terminales denominadas propéptidos (ricos en cisteína y en puentes disulfuro inter e intracatenarios) que impiden que las moléculas formen fibras en el interior celular.

●

● Fases: 1. Traducción de las cadenas de preprocolágeno en el RER. Síntesis de polipéptidos. 2. El preprocolágeno sufre hidroxilación en residuos de lisina y prolina y glucosilación en residuos de lisina (adición de glucosa y galactosa) formando el procolagéno: - Hidroxilación: RER. - O-glucosilación: aparato de Golgi.

3. Agrupamiento de las 3 cadenas polipeptídicas en el aparato de Golgi formando una triple hélice de procolágeno. 4. Secreción de la triple hélice de procolágeno desde el citosol al exterior celular. 5. Eliminación de las regiones N-terminal y C-terminal ricas en cisteína mediante la procolágeno peptidasa: tropocolágeno (individual) y colágeno. 6. Tres moléculas de tropocolágeno se asocian entre sí mediante enlace covalente para formar fibrillas de colágeno que se agregan para formar fibras de colágeno. 7. La primera reacción en la formación de entrecruzamientos para estabilizar las fibrillas está catalizada por la enzima lisil oxidasa (contiene cobre) que convierte los residuos de lisina en el aldehído allisina. Otra reacción cruzada que contribuye a la fortaleza del colágeno es el enlaze cruzado entre 2-OH Lys y un residuo de allisina, que origina hidroxipiridinio.

Procolágeno y colágeno

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Recuerda

Los telopéptidos son las zonas terminales del colágeno que carecen de estructura de triple hélice y son esenciales para la formación de fibrillas en algunos tejidos.

Síntesis de colágeno

b) Tipos de colágeno

TIPOS

TEJIDO

CARACTERÍSTICAS

Colágeno tipo I (90% del total)

Hueso, piel, tendones, vasos sanguíneos, pared intestinal, útero y córnea

Poco glúcido 20 OH-Lys por cadena

Colágeno tipo III

Vasos sanguíneos, piel fetal, pared intestinal y uterina

Poco glúcido Alto contenido en OH-Pro y Lys

Colágeno tipo IV

Membrana basal y cristalino

Alto contenido en glúcidos (15%). Alto contenido en OH-Pro y >40 OH-Lys por cadena

Colágeno tipo V

Superficies celulares y citoexoesqueleto

Contenido elevado en glúcidos. Alto contenido en Gly e OH-Lys

Colágeno tipo VI

Íntima de la aorta, placenta, riñón y piel en pequeñas cantidades

Masa molecular baja

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA c) Patologías relacionadas con el colágeno Escorbuto → Enfermedad causada por deficiencia de vitamina C. El colágeno sintetizado no puede formar fibras adecuadamente ya que la vitamina C es necesaria para la actividad de las enzimas prolil-hidroxilasa y lisil-hidroxilasa. Se generan hélices inestables que son degradadas en el interior de las células. Se caracteriza por lesiones cutáneas, fragilidad de los vasos sanguíneos y mala cicatrización de las heridas (las alteraciones del colágeno pueden disminuir la adhesión plaquetar al subendotelio). Latirismo → Enfermedad causada por la ingestión de Lathyrus Odoratus (guisante dulce) que contiene una toxina (β-aminopropionitrilo) que inactiva la lisil oxidasa. No se producen los entrecruzamientos de las moléculas del colágeno, las fibras que forman son más frágiles y se producen alteraciones óseas y de los grandes vasos. Osteogénesis imperfecta → Grupo heterogéneo de trastornos genéticos caracterizados por mutación en genes que codifican principalmente para el colágeno tipo I (localizados en los cromosomas 7 y 17). Se caracterizan por huesos frágiles, dentinogénesis imperfecta, escleróticas azules, tendones débiles y pérdida de audición. Enfermedad de Menkes → Enfermedad recesiva ligada al cromosoma X, en la que existe un defecto en el transporte y almacenamiento intracelular de cobre. Se debe a mutaciones en el gen que codifica para la proteína ATP7A, transportadora de cobre. El cobre es necesario para la actividad lisil-oxidasa. Se alteran la integridad y la función del colágeno. Muestran anomalías en el cabello y en los vasos sanguíneos. Síndrome de Ehlers-Danlos → Enfermedad hereditaria caracterizada por hiperelasticidad de la piel e hipermovilidad articular. Se debe a mutaciones en genes que codifican para los diferentes tipos de colágeno. Síndrome de Goodspasture → Enfermedad en la que aparecen anticuerpos antimembrana basal glomerular (frente al colágeno tipo IV).

4. ELASTINA (PROTEÍNA FIBROSA) ● Presente en ligamentos y vasos sanguíneos arteriales. ● La cadena polipeptídica de la elastina es muy flexible y se puede extender fácilmente. ● Es muy rica en Gly, Ala y Val. ● Es frecuente la participación de las cadenas laterales de Lys en los entrecruzamientos. Suelen formarse

asociaciones como:

- Lisinonorleucina (unión de un derivado aldehídico de la lisina con la cadena lateral de una lisina sin modificar). También presente en el colágeno. - Desmosina (unión de cuatro restos de Lys).

5. DESNATURALIZACIÓN DE PROTEÍNAS ● La pérdida de la estructura tridimensional que provoca pérdida de función se denomina DESNATURALIZACIÓN (implica pérdida de las estructuras secundaria y terciaria, pero no primaria). ● No implica rotura de enlaces covalentes.

No supone necesariamente el desplegamiento completo de la proteína y la pérdida total de la conformación.

●

● Se consigue aplicando temperaturas elevadas, valores extremos de pH, disolventes orgánicos miscibles

en agua (alcohol o acetona), solutos (SDS, urea, β-mercaptoetanol, cloruro de guanidinio) o detergentes (rompen las interacciones hidrofóbicas).

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Desnaturalización y renaturalización Recuerda

La conformación nativa de una proteína es la que presenta la mínima energía libre y la máxima estabilidad.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE PROTEÍNAS 1. DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA PRIMARIA DE UNA PROTEÍNA a) Hidrólisis de aminoácidos ● Hidrólisis

ácida: en ácido clorhídrico 6M, a 105-110ºC, durante 24h → Degrada Ser, Thr, Tyr y Trp y convierte Asn y Gln en Asp y Glu. ● Hidrólisis básica: en NaOH o BaOH → Destruye Cys, Ser, Thr y Arg.

b) Separación por cromatografía de intercambio iónico. Con columnas de poliestireno

sulfonado o HPLC.

c) Cuantificación e identificación de aminoácidos ● Reacción de la ninhidrina: debido a su poder oxidante, a 100ºC, produce descarboxilación y desaminación

de los aminoácidos. La ninhidrina reducida reacciona con una molécula de ninhidrina no reducida y con el amoniaco resultante de la desaminación → Complejo de color violeta que absorbe a 570 nm (salvo para prolina e hidroxiprolina, que dan un complejo amarillo que absorbe a 440 nm).

● Fluorescamina: derivado aminado fluorescente que reacciona con los aminoácidos.

d) Identificación de aminoácidos en el extremo N-terminal ● Método de Sanger: poco utilizado. Utiliza fluorodinitrobenceno (FDNB), que reacciona en medio básico

con el grupo amino libre de un aminoácido o de un péptido para dar un dinitrofenilderivado de color amarillo. Se puede utilizar para establecer la identidad del aminoácido terminal de una proteína portadora del grupo amino libre y para conocer el número exacto de cadenas de una proteína. ● Cloruro de Dansilo (derivados del tipo sulfonamida)

→ Se forman derivados aminoacídicos fluorescentes.

● Secuenciación de Edman: permite marcar y eliminar sólo el residuo N-terminal de un péptido, dejando el resto de enlaces peptídicos intactos. Se hace reaccionar el péptido con fenilisotiocianato (FTIC) en condiciones alcalinas. El extremo amino terminal se transforma en un derivado feniltiocarbamil que se cicla en un derivado feniltiohidantoína, característico del aminoácido. El enlace peptídico contiguo se rompe y el aminoácido modificado se extrae con disolventes orgánicos y se identifica. Puede llegar a determinar secuencialmente hasta 25 aminoácidos.

e) Identificación de aminoácidos en el extremo C-terminal Enzimas carboxipeptidasas ● Carboxipeptidasa A:

separa el aminoácido C-terminal cuando éste contiene una cadena lateral alifática voluminosa o es aromático (excepto: Arg, Lys y Pro).

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Carboxipeptidasa B: libera Arg y Lys. ● Carboxipeptidasa C: libera Pro.

f) Rotura selectiva de enlaces peptídicos Endopeptidasas. Cortan enlaces internos. Tipos de endopeptidasas

TIPOS

LOCALIZACIÓN

► Tripsina (Serín-proteasa)

► Lys, Arg (C)

► Quimiotripsina (Serín-proteasa)

► Phe,Trp y Tyr (C)

► Pepsina

► Leu, Phe, Trp y Tyr (N)

► Bromuro de cianógeno

► Met (C)

► Hidroxilamina

► Asn, Gly

► Elastasa

► Aminoácidos con cadena lateral pequeña sin carga

(C) → La rotura del enlace peptídico tiene lugar en el extremo carbonilo. (N) → La rotura del enlace peptídico tiene lugar en el extremo amino.

g) Localización de puentes disulfuro ● Oxidación: ácido perfórmico, sulfito sódico (rompen la molécula de cistina originando ácido cisteico). ● Reducción: β-mercaptoetanol, borohidruro de litio y ditiotreitol (DTT).

h) Secuenciación de péptidos por espectrometría de masas ● Separan las moléculas en función de su relación m/z (masa/carga). Se utiliza para secuenciar fragmentos

cortos de un polipéptido (20-30 aa). Muy útil para la identificación rápida de proteínas desconocidas.

2. DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA SECUNDARIA DE LAS PROTEÍNAS ● Espectroscopía de dicroismo circular

→ Mide las diferencias en la absorción de luz polarizada en el plano a la derecha y a la izquierda debido a la asimetría estructural de las moléculas.

3. DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS PROTEÍNAS ● Difracción

de rayos X: permite detectar la distribución espacial de los átomos de una proteína, previa cristalización de la muestra.

● Resonancia magnética nuclear: se realiza con las macromoléculas en solución. Es una manifestación

del momento angular de “spin” nuclear.

4. MÉTODOS DE SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS a) Precipitación ● La solubilidad de una proteína depende de la composición iónica del medio, de la fuerza iónica y del pH.

Cuando disminuye la solubilidad, precipitan:

- A concentraciones elevadas de sales muy solubles (Ej. Sulfato amónico) → Disminuyen las interacciones solubilizantes entre el agua y los grupos de la proteína. - Al añadir un disolvente orgánico como acetona o alcohol → Disminuye la constante dieléctrica del disolvente, desplazando las moléculas de agua asociadas con la proteína. - Con la presencia de diversos cationes o aniones. Los cationes de uso más común son: Zn2+, Cd2+, Fe3+ → Estos iones precipitan proteínas de soluciones con un pH superior a su pI, ya que a este pH la proteína está cargada negativamente y se combina con el catión.

80 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA b) Centrifugación / Ultracentrifugación ● Aplicación

de un campo centrífugo que permite separar las moléculas atendiendo a su coeficiente de sedimentación (S), que depende de la masa de la partícula.

c) Diálisis Utilización de membranas semipermeables con poros que permiten el paso libre de las moléculas pequeñas pero que son una barrera para las proteínas y otras macromoléculas.

●

d) Cromatografía ● Método físico de separación de componentes de una mezcla basado en el principio de retención selectiva,

permitiendo identificar dichos componentes y determinar las cantidades en las que están presentes. Implica el paso de una solución (fase móvil) a través de un medio (fase estacionaria).

● Diferentes tipos: - Cromatografía de intercambio iónico: separa las moléculas según su carga eléctrica. Utiliza resinas de intercambio iónico, que son polianiones o policationes. - Cromatografía de afinidad: es más específica y permite aislar una o varias proteínas de una mezcla compleja. Requiere la fijación de ligandos mediante unión covalente a la matriz inerte. Estos ligandos interaccionan de forma específica, pero no covalente, con las proteínas de la disolución. - HPLC (Cromatografía líquida de alta resolución): utiliza presiones elevadas para hacer que las soluciones pasen rápidamente a través de la columna.

e) Electroforesis ● Consiste en la separación de las proteínas bajo la acción de un campo eléctrico atendiendo a la carga y

al tamaño. Permiten determinar el punto isoeléctrico y su masa molecular.

● Se puede utilizar:

- SDS (Dodecilsulfato sódico): proporciona condiciones desnaturalizantes y aporta carga negativa, lo que hace que las proteínas migren exclusivamente en función de su masa. - Isoelectroenfoque: se utiliza para determinar el punto isoeléctrico de una proteína. Se establece un gradiente de pH que se distribuye a través del gel. Cada proteína se desplaza, parándose en el punto en el que el pH coincida con su pI. - Electroforesis bidimensional: combinación secuencial del isoelectroenfoque y la electroforesis en SDS.

5. MÉTODOS DE CUANTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS a) Absorción UV a 280 nm. A esta longitud de onda absorben los aminoácidos aromáticos (Phe,Tyr y Trp). b) Métodos colorimétricos ● Método de Lowry: utiliza sulfato de cobre y ácido fosfomolibdotúngstico (reactivo de Folin). Es la reacción

del ácido fosfomolibdotúngstico con los grupos fenólicos de la Tyr en una muestra tratada con sulfato de cobre. Se genera un cromógeno (azul de molibdeno/azul de tungsteno) con absorción a 750 nm. Gran sensibilidad.

● Método de Biuret: sulfato de cobre en medio alcalino. Formación de un complejo violeta entre el cobre y los

enlaces peptídicos de las proteínas, que absorbe a 540 nm. Este método detecta a partir de tripéptidos (al menos 2 enlaces peptídicos). La intensidad del color es proporcional al número de enlaces peptídicos.

c) Métodos inmunológicos Western blot, turbidimetría, nefelometría, ELISA o RIA.

d) Método de Kjeldahl ● Método

volumétrico que permite determinar el nitrógeno orgánico. Es el método de referencia para la determinación de proteínas totales.

6. SÍNTESIS QUÍMICA DE PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS PEQUEÑAS ● Muchos péptidos son útiles como agentes farmacológicos por lo que su producción comercial es de suma

importancia. 3 formas de obtener un péptido:

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA a) Por purificación a partir del tejido: difícil, debido a la baja concentración de algunos péptidos. b) Mediante ingeniería genética. c) Por síntesis química directa → El péptido se construye sobre un soporte sólido, un polímero insoluble (resina), adicionando aminoácido a aminoácido y utilizando un conjunto estándar de reacciones que siguen un ciclo repetitivo. En cada paso sucesivo del ciclo hay grupos químicos protectores que bloquean las reacciones no deseadas (como es el caso del grupo 9-fluorenilmetoxicarbonilo o Fmoc) y son eliminados posteriormente con piperidina.

CLASIFICACIÓN 1. SIMPLES U HOLOPROTEÍNAS ● Son aquellas que están constituidas solamente por aminoácidos:

- Albúmina: proteína más abundante del plasma sanguíneo. Su síntesis tiene lugar en el hígado. Es la principal proteína implicada en el mantenimiento de la presión oncótica del plasma. - Globulinas: α-globulinas, β-globulinas y γ-globulinas. - Gluteninas y gliadinas: proteínas de almacenamiento del contenido proteico en el grano de trigo maduro, que se localizan en el endosperma y constituyen casi la mitad del contenido proteico. Las gliadinas y las gluteninas, así como sus homólogos en cebada y centeno, se denominan PROLAMINAS (ricas en glutamina y prolina). La gliadina está implicada en la patogenia de la enfermedad celiaca (anticuerpos antigliadina). - Protaminas: proteínas de bajo peso molecular con alto contenido en arginina. No contienen ni tirosina ni triptófano. Se unen a la heparina formando complejos que neutralizan su efecto y a los ácidos nucleicos de los espermatozoides. Se utilizan para obtener insulinas retardadas. - Escleroproteínas: colágeno, elastina y α-queratina (presente en el pelo, uñas y gran parte de la capa externa de la piel; es rica en residuos hidrofóbicos). - Histonas: son proteínas pequeñas de carácter básico (elevado contenido en arginina y lisina) muy conservadas evolutivamente, que están asociadas al DNA contribuyendo a su empaquetamiento.

2. COMPUESTAS O HETEROPROTEÍNAS ● Están constituidas por una parte proteica y una parte no proteica llamada grupo prostético, que puede ser orgánico o inorgánico. Según la naturaleza del grupo prostético se clasifican en:

- Nucleoproteínas: contienen ácidos nucleicos. - Lipoproteínas: contienen fosfolípidos, colesterol y triglicéridos. - Glucoproteínas: contienen hidratos de carbono. - Fosfoproteínas: contienen fósforo en forma de ácido ortofosfórico. Ej. Caseína, lipovitelina y lipovitelinina (contienen cisteína). - Cromoproteínas: son proteínas conjugadas con un grupo cromóforo (sustancia coloreada que contiene un metal). - Metaloproteínas. - Hemoproteínas: su grupo prostético es la ferroprotoporfirina. - Flavoproteínas: su grupo prostético es el flavin-nucleótido.

GLUCOPROTEÍNAS ● Son conjugados de proteína y glúcidos en los que la parte glucídica es minoritaria, están ramificados y

son estructuralmente más diversos que los glucosaminoglucanos de los proteoglucanos.

● La parte proteica está unida covalentemente a los hidratos de carbono mediante enlace O-glucosídico o

N-glucosídico.

● La mitad de las proteínas de mamíferos están glucosiladas y cerca del 1% de todos los genes codifican

enzimas que intervienen en la síntesis y unión de las cadenas oligosacarídicas.

82 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA La primera glucoproteína bien caracterizada fue la GLUCOFORINA A de la membrana de los eritrocitos. Es una proteína integral de membrana que tiene un 60% de glúcidos en forma de 16 cadenas oligosacarídicas (15 unidas por enlace de tipo O- y una de tipo N-). ●

Disposición de la glucoforina en el hematíe

1. GLUCOSILACIÓN DE PROTEÍNAS ● Localización:

- N-glucosilación: retículo endoplásmico rugoso (RER). - O-glucosilación: cisternas del aparato de Golgi. ● N-glucosilación: las proteínas sintetizadas en los ribosomas del RER han de estar glucosiladas para que

puedan ser transportadas al exterior de la célula o a otros orgánulos:

1. Se sintetiza un oligosacárido núcleo de 14 residuos (rico en manosa, glucosa y N-acetilglucosamina) y se tranfiere a ciertos residuos de Asn de la proteína mediante el lípido isoprenoide dolicol fosfato (20 unidades de isopreno). El oligosacárido se une al dolicol fosfato en la parte citoplásmica del RER para después translocarse a la cara luminal y formar el enlace N-glucosídico. 2. Después de la transferencia, el oligosacárido núcleo sufre modificaciones pero se mantiene un núcleo pentasacárido común. Estas modificaciones determinan el destino celular de las glucoproteínas. - Los N-oligosacáridos son los oligosacáridos más comunes en las glucoproteínas.

Síntesis del oligosacárido núcleo de las glucoproteínas

83 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Recuerda

El antibiótico tunicamicina inhibe el primer paso de la N-glucosilación.

● O-glucosilación: la unión del oligosacárido se realiza a través de residuos de Ser o Thr.

- Está catalizada por enzimas glucosiltransferasas que añaden los residuos de azúcar a la proteína en el lúmen del aparato de Golgi. - Primero se añade N-acetilglucosamina y luego, otros monosacáridos. - Las proteínas O-glucosiladas no contienen ni glucosa ni manosa. GLUCOPROTEÍNAS O-GLUCOSILADAS ► Mucina ► Colágeno (OH-Pro e OH-Lys) ► Glucoproteínas de los poros nucleares y algunas citosólicas ► Glucosaminoglucanos ● Las glucoproteínas constituyen un grupo diverso de moléculas que se encuentran en las células en forma

soluble, unidas a la membrana y en los líquidos extracelulares: GLUCOPROTEÍNAS ► Ceruloplasmina y transferrina

FUNCIÓN EN LA CÉLULA ► Proteínas transportadoras de cobre y de hierro, respectivamente

► Factores de la coagulación de la sangre ► Componentes del complemento

► Destrucción celular durante las reacciones inmunitarias

► FSH (hormona folículo estimulante) y LH (hormona luteinizante)

► Sintetizadas por la adenohipófisis. Producción de hormonas sexuales y maduración de las células germinales

► Hormona gonadotropina coriónica (βhcG)

► Hormona placentaria

► TSH (hormona estimulante del tiroides)

► Sintetizada en la adenohipófisis. Estimulación de la liberación de T3 y T4 por el tiroides

► Inmunoglobulinas

► Mediadores de las respuestas inmunitarias humorales y celulares

► Lactoalbúmina (Proteína de la leche)

► Interviene en la síntesis de lactosa

► Ribonucleasa (Proteína de origen pancreático)

► Hidrólisis de residuos pirimidínicos

► Muchas proteínas lisosomales

► Resistentes a la digestión hidrolítica

► Factor intrínseco o de Castle

► Secretado por las células parietales del estomágo. Necesario para la absorción de vitamina B12 en el íleon

► Avidina

► Presente en la clara de huevo. Impide la absorción de vitamina B8 (biotina)

84 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA 2. UNA GLUCOPROTEÍNA ESPECIAL → LA FIBRONECTINA ● Está formada por 2 cadenas idénticas unidas por puentes disulfuro cerca del extremo C-terminal. ● Presenta sitios de unión para integrinas, colágeno, heparán sulfato y fibrina. ● 2 tipos:

- Fibronectina celular: es la principal molécula de adhesión de la matriz extracelular del tejido conjuntivo y es producida por los fibroblastos. Es esencial en la migración y diferenciación celular. - Fibronectina plasmática: es sintetizada por los hepatocitos. Participa en la coagulación sanguínea, la cicatrización y la fagocitosis.

Interacciones entre las células y la matriz extracelular

3. GLUCOPROTEÍNAS PLASMÁTICAS ● La concentración de proteínas plasmáticas oscila entre 6-8 g/dL.

FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS PLASMÁTICAS

- Mantenimiento de la presión oncótica (albúmina) - Transporte (transferrina, prealbúmina, ...) - Equilibrio hidroelectrolítico - Reserva nitrogenada (recambio de proteínas tisulares) - Homeostasis del organismo (sistemas tampón) - Coagulación - Mecanismos de defensa (sistema inmunitario)

● Se han identificado más de 300 proteínas en el plasma.

separar e identificar las diferentes fracciones proteicas se puede llevar a cabo una electroforesis en acetato de celulosa o agarosa a pH=8.6 en una muestra de suero. A este pH las proteínas se cargan negativamente y migran hacia el ánodo (+). La proteína que migra más rápidamente es la albúmina y las

● Para

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA que tienen la carga más positiva son las inmunoglobulinas, por lo que migran más lentamente. Las bandas se tiñen posteriormente con un colorante como negro Amido o rojo Ponceau. electroforesis en gel ha sido sustituida por la electroforesis capilar → Se hace pasar la muestra por un capilar y las proteínas se separan debido a un fuerte voltaje electroosmótico que transporta las moléculas hacia el cátodo independientemente de su carga. Las bandas se estiman por espectroscopía de absorción molecular en la región del UV. ● La

● Mediante estas técnicas se identifican las siguientes fracciones proteicas:

a) Prealbúmina (o transtirretina) ● Esta

fracción se desplaza hacia el ánodo de forma más rápida que la albúmina. La prealbúmina sérica generalmente está por debajo del nivel de detección de la electroforesis, por lo que se suele cuantificar por otros métodos como la nefelometría.

● Transporta

tiroxina (aunque la mayor parte de la tiroxina es transportada por la globulina fijadora de hormonas tiroideas) y vitamina A. Para que la prealbúmina transporte la vitamina A es necesario la unión de la proteína ligadora de retinol (RBP).

● Tiene una vida media muy corta y su velocidad de síntesis depende del estado nutricional y de la función

hepática. Su principal aplicación clínica es como marcador del estado nutricional.

Además, debido a su naturaleza compacta, la prealbúmina pasa al LCR más fácilmente que otras proteínas; la presencia de la banda de prealbúmina se utiliza para confirmar la procedencia del líquido.

●

● Es un reactante de fase aguda negativo.

Recuerda

Los reactantes de fase aguda (RFA) son un grupo de proteínas estructural y funcionalmente diferentes, sintetizadas en su mayoría por el hepatocito en respuesta a las citoquinas producidas por el sistema inmunitario específico. Tienen como finalidad preservar la integridad de los tejidos, limitando el daño tisular. Sus niveles se modifican en procesos inflamatorios, infecciosos, tumorales, lesiones tisulares causadas por agentes químicos y físicos, … → Su concentración sérica puede aumentar (positivos) o disminuir (negativos).

b) Albúmina (NO es una glucoproteína) Es la proteína más abundante del plasma, representando más del 50% del total de proteínas plasmáticas.

●

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Sus principales funciones son: mantenimiento de la presión oncótica del plasma, reserva nitrogenada y

transporte de ligandos (hormonas, ácidos grasos y bilirrubina). HIPERALBUMINEMIA (>5,5 g/dL ) ► Deshidratación ► Aplicación prolongada de torniquete: estasis venosa ► Infusión parenteral excesiva de albúmina.

HIPOALBUMINEMIA (6% con respecto a la CK total → Indicativo de IAM  nfermedades cerebrales: accidente cerebrovascular; a expensas de la fracción CK-BB ►E

● La CK puede encontrarse disminuida en: situación de pérdida de masa muscular (envejecimiento o desnutrición), en la artritis reumatoide y en otros procesos reumáticos.

h) Amilasa Es una enzima que hidroliza los enlaces glucosídicos α (1→4) del almidón originando maltosa y maltotriosa. Es una metaloenzima que necesita calcio para su actividad → No se puede determinar en plasma con anticoagulantes quelantes de calcio.

●

● Existen 2 isoenzimas principales: páncreas y glándulas salivales.

AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LA AMILASA ►E  nfermedades pancreáticas ● Pancreatitis aguda: se produce una elevación de la amilasa sérica a las 6-12 horas; dado que la amilasa se elimina rápidamente por la orina, los niveles séricos vuelven a la normalidad al cabo de 48-72 horas. Los niveles urinarios de amilasa pueden permanecer elevados aún cuando la cifra en plasma sea normal ● Otras enfermedades pancreáticas: pancreatitis aguda inducida por fármacos, carcinoma de páncreas ►P  aperas: a expensas de la isoenzima salival

i) Lipasa ● Es una enzima que cataliza la hidrólisis de los triglicéridos y ésteres de glicerol en ácidos grasos. ● Es producida principalmente por el páncreas y segregada al interior del duodeno para ejercer su acción.

También es sintetizada en menor proporción por el intestino, la faringe, el riñón y el bazo. AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LA LIPASA

►Enfermedades pancreáticas: ● Pancreatitis aguda: se produce una elevación de la lipasa sérica a las 24- 48 horas (un poco después que los de la amilasa) y permanece elevada durante 5-7 días. La elevación supone de 5 a 10 veces los valores normales. Es útil para el diagnóstico de pancreatitis aguda más tardía y presenta mayor sensibilidad y especificidad en el diagnóstico de pancreatitis aguda que la amilasa ● Otras enfermedades pancreáticas: pancreatitis aguda inducida por fármacos, pancreatitis crónicas

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA 2. OTRAS ENZIMAS DE INTERÉS CLÍNICO a) Leucina aminopeptidasa y 5´-nucleotidasa Se encuentran localizadas a nivel hepático y son indicadores de enfermedad biliar obstructiva y, especialmente, de colestasis.

●

● Sus aumentos van paralelos a los de la fosfatasa alcalina pero no se elevan con la enfermedad ósea.

b) Aldolasa La aldolasa es una enzima glucolítica que cataliza la escisión de fructosa 1,6-bisfosfato en gliceraldehído-P y dihidroxiacetona-P. ●

● Se localiza en el citosol. ● Presenta especial importancia en aquellos tejidos en los que la glucólisis es una vía principal de obtención

de energía (músculo esquelético, músculo cardiaco, eritrocitos e hígado).

● Tiene interés su elevación en las enfermedades musculares esqueléticas:

- Distrofia muscular: en la distrofia muscular de Duchenne se eleva en el 90% de los casos. - Polimiositis y dermatomiositis. - Triquinosis. ● También se eleva en las enfermedades hepáticas, en infarto agudo de miocardio y en anemia hemolítica.

c) Acetilcolinesterasa o colinesterasa ● Es una enzima que hidroliza la acetilcolina a acetato + colina. ● Su origen en la sangre son los hematíes y en el tejido se encuentra en SNC. ● Resulta inhibida por los pesticidas organofosforados.

3. OTROS MARCADORES DE INFARTO AGUDO DE MIOCARDIO a) Troponina T y troponina I ● Las troponinas son proteínas que se encuentran en los músculos esquelético y cardiaco y regulan la interacción de la actina con la miosina en el proceso de contracción muscular. ● Las

troponinas cardiacas se pueden diferenciar de las esqueléticas mediante el uso de anticuerpos monoclonales o ensayo inmunoadsorbente enzimático.

● Durante el proceso de contracción muscular, la troponina T se une a la tropomiosina y la troponina I es un

inhibidor que bloquea la contracción en ausencia de calcio.

● Las troponinas cardiacas son más sensibles a la lesión muscular y más específicas de lesión miocárdica que la CK-MB. ● Son marcadores precoces de infarto agudo de miocardio → Se elevan a las 3-4 horas de la lesión miocárdica, alcanzando un máximo a las 14 horas y se normalizan a los 7-10 días (TnI) o a los 10-14 días (TnT). ● La

determinación de sus niveles resulta útil en la evaluación de los pacientes con angina inestable, detección de revascularización asociada con recanalización coronaria y en el cálculo del tamaño del infarto de miocardio.

b) Mioglobina mioglobina es una proteína de pequeño tamaño presente en las células musculares esqueléticas y cardiacas.

● La

● Se libera rápidamente tras la lesión miocárdica → Marcador más precoz de lesión miocárdica. ● Se libera a las 2-3 horas de la lesión, alcanza el pico máximo a las 6 horas del daño miocárdico (unas

6 veces el límite superior de normalidad) y retorna a sus valores normales a las 24 horas.

● Muy sensible, pero poco específico.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA TABLA RESUMEN MARCADORES CARDIACOS ► MIOGLOBINA ● Elevación: 2-3 h. ● Máximo: 6 h. ● Normalidad: 24 h. SENSIBLE PERO POCO ESPECÍFICA ► TROPONINA T ● Elevación: 3-4 h. ● Máximo: 14 h y a los 3-5 días ● Normalidad: 10-14 días SENSIBLE Y ESPECÍFICA ► CK-MB ● Elevación: 3-6 h. ● Máximo: 12-24 h. ● Normalidad: 48-72 h. ► CK TOTAL ● Elevación: 5-6 h. ● Máximo: 18 h. ● Normalidad: 3 días ► AST ● Elevación: 8-10 h. ● Máximo: 36 h. ● Normalidad: 3-4 días ► LDH ● Elevación: 12-18 h. ● Máximo: 48-72 h. ● Normalidad: 7-14 días

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

9. VITAMINAS ● Son moléculas orgánicas, presentes en los alimentos naturales, que el ser humano no puede sintetizar en cantidades suficientes o en su totalidad y que se requieren en pequeñas cantidades para el mantenimiento de las funciones metabólicas de la mayor parte de las células.

VITAMINAS HIDROSOLUBLES ● Son solubles en agua. ● No se almacenan, salvo la cobalamina, y se excretan por la orina → Rara vez hay toxicidad. ● Se deben ingerir con regularidad. ● Son precursores esenciales de coenzimas y todas, excepto el ácido ascórbico y la biotina, deben ser metabólicamente convertidas en formas activas. ● Casi todas son miembros del complejo B.

1. TIAMINA (VITAMINA B1) ● La

tiamina presenta en su estructura un anillo de pirimidina y un anillo de tiazol unidos por un puente metileno.

Estructura química de la tiamina ● Los

alimentos con mayor contenido en tiamina son: los cereales, la levadura, la carne de cerdo magra, el corazón y el riñón.

● Su forma activa es el difosfato de tiamina, también llamado pirofosfato de tiamina (TPP), que actúa de

coenzima.

● El TPP actúa como transportador de grupos aldehído activados en reacciones de:

- Descarboxilación oxidativa de α-cetoácidos: coenzima de la piruvato descarboxilasa y el complejo enzimático α-cetoglutarato deshidrogenasa. - Reacción de la transcetolasa (vía de las pentosas fosfato). ● Además, la tiamina juega un papel fundamental en las membranas de las células nerviosas, afectando a

sus conexiones con el músculo esquelético y a la función de diferentes neurotransmisores.

● Deficiencia: puede deberse a causas dietéticas, alcoholismo o errores congénitos del metabolismo. 3 patologías:

1. Beri-beri: cuadro causado por dietas ricas en carbohidratos y pobres en tiamina. Ej. Arroz. Los síntomas son: neuropatía periférica, agotamiento y anorexia, que producen degeneración cardiovascular, neurológica y muscular. 2. Síndrome de Wernicke-Korsakoff: cuadro de encefalopatía asociado a una disminución de la actividad transcetolasa. Es frecuente su aparición en alcohólicos, ya que la ingesta de alcohol produce una menor ingestión, absorción y depósito de tiamina, así como un aumento en su metabolismo. También se ha asociado con alteraciones genéticas de la actividad transcetolasa y el grado de desnutrición. 3. Polineuritis alcohólica: polineuropatía sensitiva asociada al consumo de alcohol.

2. RIVOFLAVINA (VITAMINA B2) ● Está compuesta por un anillo de isoaloxacina y un azúcar de 5 átomos de carbono: la D-Ribosa (se une

al alcohol del azúcar: al ribitol).

123 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Estructura química de la rivoflavina ● Las principales fuentes son: levadura, leche, clara de huevo, hígado y riñón. ● Las coenzimas flavínicas son el monocleótido de flavina (FMN) y el dinucléotido de flavina y adenina

(FAD). El FMN se forma por fosforilación dependiente de ATP a partir de la rivoflavina. El FAD se forma por una reacción de fosforilación adicional a partir del FMN.

Estructura del FMN

Estructura del FAD

● El FMN y el FAD actúan como grupos prostéticos de enzimas oxidorreductasas. ● Participan en la producción de energía a través de la cadena respiratoria y en otras vías metabólicas como el ciclo de Krebs, la β-oxidación de los ácidos grasos, el catabolismo de las purinas, la desaminación oxidativa de los aminoácidos y la reducción de oxígeno a peróxido de hidrógeno. ● Las enzimas que contienen FAD y FMN son flavoproteínas. Entre ellas:

- Xantina oxidasa

Catabolismo de purinas.

- Aldehído deshidrogenasa

Metabolismo del etanol.

- Succinato deshidrogenasa

Ciclo de Krebs.

- Acil-CoA deshidrogenasa

β-oxidación de ácidos grasos.

- Dihidrolipoil deshidrogenasa

Ciclo de Krebs.

- NADH deshidrogenasa

Cadena respiratoria mitocondrial.

● Además, el FMN es necesario para la conversión de la vitamina B

(piridoxina) en su coenzima funcional y el FAD es necesario para la conversión del triptófano en niacina (vitamina B3). 6

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Deficiencia:

Arrivoflavinosis: muy poco frecuente. En personas desnutridas o alcohólicos y asociado con una baja ingesta de leche, huevos o carne. Síntomas poco específicos, que afectan principalmente al sistema ocular: hipersensibilidad a la luz, lagrimeo, pérdida de agudeza visual, opacidad corneal, … También puede haber afectación mucocutánea en forma de dermatitis seborreica y a debilidad muscular.

3. NIACINA (VITAMINA B3) ● Hace referencia al ácido nicotínico (ácido monocarboxílico derivado de piridina) y a la nicotinamida (amida

del ácido nicotínico).

Estructura del ácido nicotínico y la nicotinamida ● El organismo puede sintetizar niacina a partir del aminoácido esencial triptófano, aunque solo se lleva a

cabo esta síntesis cuando se han satisfecho todas las necesidades corporales de triptófano. Por lo tanto, la mayoría de los individuos requieren fuentes dietéticas tanto de triptófano como de niacina. ● Las principales fuentes alimentarias de niacina son: hígado, carne roja, cereales y pescado. ● Las coenzimas activas del ácido nicotínico y la nicotinamida son: el dinucleótido de nicotinamida y adenina

(NAD) y el dinucleótido de nicotinamida y adenina fosfato (NADP).

● Actúan como transportadores transitorios de iones hidruro en reacciones de oxido-reducción.

Son coenzimas de enzimas deshidrogenasas (en glucólisis, ciclo de Krebs y oxidación de ácidos grasos) Ej. Lactato deshidrogenasa, malato deshidrogenasa, gliceraldehído 3-P deshidrogenasa, isocitrato deshidrogenasa, ...

●

● Deficiencia:

- Pelagra: déficit nutricional de niacina. Enfermedad de las 3 “D”: dermatitis, diarrea y demencia. - Otras patologías asociadas al déficit de niacina son: La enfermedad de Hartnup: trastorno en el transporte intestinal y renal del triptófano. Síndrome carcinoide: aumento del metabolismo del triptófano a partir de la serotonina.

4. ÁCIDO PANTOTÉNICO (VITAMINA B5) ● El ácido pantoténico está constituido por ácido pantoico unido mediante enlace peptídico a β-alanina.

Estructura del ácido pantoténico ● Abunda en los cereales de grano, legumbres y tejidos animales. ● El ácido pantoténico activo es la coenzima A (CoA).

125 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● La síntesis de la forma activa del ácido pantoténico ocurre de la siguiente manera:

Ácido pantoténico + ATP 4´ Fosfopantotenato + ADP Pantoténico quinasa 4´ Fosfopantotenato + Cys + ATP 4´Fosfopantotenilcisteína + ADP + Pi 4´Fosfopantotenoil cisteína sintasa 4´Fosfopantotenilcisteína 4´Fosfopantoteína + CO2 4´Fosfopantotenoil cisteína descarboxilasa 4´Fosfopantoteína + ATP Desfosfocoenzima A + PPi 4´Fosfopantoteína adeniltransferasa Desfosfocoenzima A + ATP Coenzima A + ADP Desfosfocoenzima A quinasa ● La 4´Fosfopantoteína puede formar la CoA o formar parte de la proteína transportadora de acilos (ACP)

del complejo ácido graso sintasa.

● La CoA actúa como transportador de grupos acilo en forma de enlaces tioéster (a través del grupo

tiol de la β-mercaptoetanolamina de la CoA).

Estructura de la CoA Recuerda

Ácido pantoténico o pantotenato → Ácido pantoico + β-Alanina. 4´Fosfopantoteína → β-mercaptoetanolamina + Ácido pantoténico + Fosfato. CoA → 4´Fosfopantoteína + Adenosina monofosfato (AMP).

● La CoA participa en el ciclo de Krebs, en la oxidación y síntesis de ácidos grasos, en acetilaciones y en la síntesis de colesterol. ● Deficiencia:

es sumamente rara debido a su amplia distribución en los alimentos. Síntomas: dolor de cabeza, fatiga, debilidad, alteración del sueño y aumento de la sensibilidad a la glucosa.

5. PIRIDOXINA (VITAMINA B6) Está constituida por 3 derivados de piridina estrechamente relacionados: piridoxina, piridoxal y piridoxamina, y sus fosfatos correspondientes. ●

Estructura química de la vitamina B6

126 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● El piridoxal y la piridoxamina son las formas principales halladas en los tejidos animales mientras que la

piridoxina se halla predominantemente en los vegetales. Las fuentes de vitamina B6 son: levadura, germen de trigo, legumbres, avena y patata.

● Las 3 formas fosforiladas son: piridoxina 5´-P, piridoxamina 5´-P y piridoxal 5´-P o fosfato de piridoxal (PLP), que es la forma fisiológicamente activa de la vitamina, la que predomina en plasma y actúa como coenzima en las reacciones metabólicas. ● El ácido 4-piridóxico es el principal catabolito excretado por la orina. ● Actúa como transportador de grupos aminos. Participa como coenzima en diferentes reacciones del

metabolismo de aminoácidos (transaminación, descarboxilación, desaminación, racemización, escisión aldólica, ...). Interviene en la síntesis del grupo hemo, de neurotransmisores y de esfingosina. Es coenzima de la glucógeno fosforilasa. Recuerda

El PLP forma bases de Schiff → Formación de un intermediario entre el grupo aldehído del PLP y el grupo ε-amino de un residuo específico de lisina en el centro activo de la enzima → Reacciones de transaminación y descarboxilación de aminoácidos.

6. BIOTINA (VITAMINA B8) ● Está constituida por un anillo tiofeno y un anillo imidazol fusionados, y una cadena larga de ácido valérico

en posición 4.

Estructura química de la biotina ● Las principales fuentes nutricionales son: hígado, yema de huevo, levaduras y leche. Además existe una producción endógena de biotina llevada a cabo por microorganismos de la flora intestinal humana: E.Coli, Proteus vulgaris, Streptococcus faecalis, ...

La BIOTINA actúa como coenzima (grupo prostético) en reacciones de transferencia de CO2 catalizadas por carboxilasas. Existen cuatro carboxilasas biotina-dependientes. ●

Enzimas biotina dependientes



ENZIMA

REACCIÓN CATALIZADA

FUNCIÓN BIOQUÍMICA

Piruvato carboxilasa

Piruvato → Oxalacetato

Gluconeogénesis, lipogénesis

Acetil-CoA carboxilasa

Acetil-CoA → Malonil-CoA

Biosíntesis de ácidos grasos

Propionil-CoA carboxilasa

Propionil-CoA → MetilMalonil-CoA

Metabolismo del propionato

3-Metilcrotonil-CoA carboxilasa

Metilcrotonil-CoA → 3-Metilglutaconil-CoA

Catabolismo de la leucina

127 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Deficiencia: la deficiencia de biotina es rara. Puede producirse como resultado de una absorción intestinal defectuosa o por el consumo de huevos crudos, ya que la clara de huevo tiene una proteína denominada avidina que se combina con la biotina impidiendo su absorción.

●

7. COBALAMINA (VITAMINA B12) ● Consiste en un anillo de corrina (semejante al de las porfirinas), formado por cuatro átomos de nitrógeno a los cuales se une un átomo de cobalto por medio de un enlace covalente coordinado. El anillo de corrina también se une al nucleótido 5,6-dimetilbenzoimidazol.

Estructura de la cobalamina ● La

vitamina B12 es sintetizada exclusivamente por los microorganismos. En animales se encuentra en hígado, huevos y leche. No está presente en los vegetales.

● Existen diferentes formas de cobalamina:

- CIANOCOBALAMINA: forma farmaceútica. - HIDROXICOBALAMINA: forma natural de la vitamina. - METILCOBALAMINA Y DESOXIADENOSILCOBALAMINA: formas activas de la vitamina que actúan como coenzimas en 2 tipos de reacciones: ● Transferencia de grupos metilo y reagrupamientos moleculares:

- La metilcobalamina participa en la conversión combinada de homocisteína a metionina a través de la homocisteína metiltransferasa o metionina sintasa, y de metiltetrahidrofolato a tetrahidrofolato (esencial para la síntesis de timina). - La desoxiadenosilcobalamina es coenzima de la metilmalonil-CoA mutasa, que cataliza la transformación de metilmalonil-CoA en succinil-CoA; esta enzima es importante en el metabolismo de los ácidos grasos de número impar de átomos de carbono y en el metabolismo de los aminoácidos de cadena lateral ramificada.

128 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Reacciones en las que participa la vitamina B12 Recuerda

La cobalamina se absorbe en el íleon y para ello necesita unirse al factor intrínseco (secretado por las células parietales de la mucosa gástrica). Para su transporte a los tejidos debe unirse a la transcobalamina II.

● Deficiencia: El déficit de vitamina B produce 2 tipos de alteraciones: hematológicas y neurológicas. 12 También aparece aciduria metilmalónica e hiperhomocisteinemia/ hiperhomocistinuria.

- Anemia perniciosa: anemia megaloblástica + neuropatía. Se puede producir por déficit de FI o por déficit en la absorción de vitamina B12: Anemia megaloblástica → Debido a una síntesis defectuosa de DNA la médula ósea se hace megaloblástica. Los granulocitos desarrollan núcleos multilobulados. Neuropatía → Acumulación de lípidos anómalos en la vaina de mielina.

8. ÁCIDO FÓLICO O FOLATO ● Consiste en un anillo de pteridina unido a una molécula de ácido p-aminobenzoico (PABA) mediante un

puente metileno, que a su vez se une por enlace amida a un residuo de ácido glutámico.

Estructura del ácido fólico ● El ácido fólico se encuentra principalmente en los vegetales de hoja verde. ● La forma predominante en la circulación es el 5-metil-THF y en los tejidos, el almacenamiento se produce en forma de poliglutamatos.

129 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA La forma de coenzima activa es el tetrahidrofolato que actúa como transportador de fragmentos monocarbonados. ●

Absorción y distribución de los folatos en el organismo ● El tetrahidrofolato interviene en:

- Síntesis de nucleótidos: pirimidinas y purinas. En la síntesis de pirimidinas el N5, N10-metilen-THF dona el grupo metilo en la reacción catalizada por la timidilato sintasa. - Interconversión de aminoácidos: conversión de serina en glicina, de histidina en ácido glutámico y de homocisteína en metionina.

Metabolismo y función de los folatos en el organismo

Ojo

El metotrexato (ameptoterina) y la aminopterina son compuestos con estructura semejante al ácido dihidrofólico o dihidrofolato e inhiben de forma competitiva la dihidrofolato reductasa, que transforma el DHF en THF.

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Reducción del folato ● El THF es un transportador de fragmentos monocarbonados en cualquier estado de oxidación (tanto en

reacciones de biosíntesis como de degradación). La SAM (S-adenosilmetionina) solo transporta grupos metilo en reacciones de biosíntesis. La serina es el principal transportador de unidades de carbono como grupos metileno.

● Deficiencia: se puede deber a una alimentación escasa, que es frecuente en ancianos y alcohólicos, o a un síndrome de malabsorción.

- Anemia megaloblástica. - Defectos del tubo neural durante el desarrollo embrionario. - Alteraciones cardiovasculares → Las concentraciones elevadas de homocisteína en sangre se asocian con enfermedad vascular ya que este aminoácido está implicado en oclusión vascular y trombogénesis.

9. ÁCIDO ASCÓRBICO O VITAMINA C ● La estructura química deriva de la glucosa. La forma más activa es el ácido L-ascórbico, que es la forma

enol de la 2-cetol-1-gulofurano lactona. Se oxida de forma reversible a ácido dehidro-L-ascórbico, que también tiene actividad vitamínica.

Estructura de la vitamina C y de su forma oxidada ● La vitamina C está presente en frutas (cítricos, melón, fresas, piña y plátano) y en vegetales. ● Es un potente agente reductor que participa en numerosas reacciones de hidroxilación en el organismo.

Participa, por tanto, como donador de electrones y antioxidante.

131 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ALGUNAS FUNCIONES DE LA VITAMINA C ►S  íntesis de colágeno → Coenzima de prolil-hidroxilasa y de lisil-hidroxilasa ►D  egradación de tirosina → Paso de p-hidroxifenilpirúvico a homogentisato, mantiene el cobre en estado reducido necesario para esta reacción ►S  íntesis de noradrenalina → A partir de tirosina, por la enzima dopamina β-hidroxilasa ►F  ormación de ácidos biliares → Hidroxilación del colesterol a ácido cólico ►F  avorece la absorción de hierro → Reducción a estado ferroso en el estómago

● Deficiencia:

- Escorbuto: síndrome clásico de deficiencia de vitamina C. Se caracteriza por hemorragias subcutáneas, debilidad muscular, problemas respiratorios, dolores óseo-articulares, hinchazón de encías y aflojamiento de dientes. Tabla resumen de las vitaminas hidrosolubles

VITAMINA

COENZIMA

FUNCIÓN ●

DEFICIENCIA

TPP (Pirofosfato de tiamina)

Transportador de grupos aldehído activados: - Descarboxilación oxidativa de α-cetoácidos - Reacción de la transcetolasa

Beri-beri Síndrome de WernickeKorsakoff Polineuritis alcohólica

FAD y FMN

Grupos prostéticos en reacciones de oxidoreducción. Cadena respiratoria

Arrivoflavinosis

Niacina (Vitamina B3)

NAD y NADP

Coenzimas de enzimas deshidrogenasas

Ácido pantoténico (Vitamina B5)

CoA

Transportador de grupos acilo en forma de enlaces tioéster

Pelagra (las 3 “D”) Asociadas: Enf. Hartnup Síndrome carcinoide

Piridoxina (Vitamina B6)

PLP (Fosfato de piridoxal)

Transportador de grupos amino

Rara

Biotina (Vitamina B8)

Biotina

Coenzima en reacciones de carboxilación

Rara

Transferencia de grupos metilo Reagrupamientos moleculares

Anemia perniciosa Homocisteinemia/ Homocistinuria Aciduria metilmalónica Anemia megaloblástica Defectos del cierre del tubo neural Alteraciones cardiovasculares Escorbuto

Tiamina (Vitamina B1)

Rivoflavina (Vitamina B2)

Cobalamina (Vitamina B12)

Metilcobalamina Desoxiadenosilcobalamina

Ácido fólico

THF (Tetrahidrofolato)

Transportador de fragmentos monocarbonados

Ácido ascórbico (Vitamina C)

Ácido ascórbico

Agente reductor que participa en reacciones de hidroxilación

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Rara

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA VITAMINAS LIPOSOLUBLES ● Son moléculas hidrófobas apolares que derivan del ISOPRENO. ● Se

transportan en sangre en forma de lipoproteínas o unidas a proteínas fijadoras específicas y su absorción intestinal requiere la presencia de ácidos biliares.

● No se excretan por la orina y tienden a almacenarse en el organismo (lo que puede originar toxicidad).

1. VITAMINA A (RETINOL) ● La vitamina A es un compuesto poliisoprenoide que contiene un anillo ciclohexenilo.

Retinol (vitamina A) ● La vitamina A se encuentra en forma de provitamina en las plantas, como β-caroteno (constituido por 2

moléculas de retinal unidas en el extremo aldehído de sus cadenas de carbonato).

● Sus principales fuentes son: hígado, queso, leche, huevos, pescado y frutas. Un 90% de la vitamina A de la dieta se encuentra en forma de ésteres de retinol. ● Son

transportados en sangre a través de la proteína ligadora de retinol y se almacenan en el hígado también en forma de ésteres de retinol. ● Las formas derivadas más importantes de la vitamina A son: retinal y ácido retinoico. ● Funciones:

a) Ciclo visual: - La vitamina A, en su forma 11-cis-retinal, se asocia reversiblemente con la proteína visual opsina para formar la rodopsina → Pigmento visual localizado en los bastones que participan en la visión nocturna. - Cuando la rodopsina se expone a la luz se disocia en retinal todo-trans (reacción de isomerización) y opsina. Esto viene acompañado de una disminución de la conductancia a los iones sodio en la membrana del bastón, la membrana se hiperpolariza y disminuye la liberación de glutamato (neurotransmisor inhibidor), lo que provoca que el bastón se excite. De esta manera la retina se adapta a la luz en oscuridad.

Ciclo visual

b) El ácido retinoico participa en la promoción del crecimiento y en la diferenciación de los tejidos. También es intermediario en la síntesis de glucoproteínas. ● Deficiencia:

- Ceguera nocturna, queratinización de tejido epitelial, reducción de la secreción mucosa, …

2. VITAMINA D ● Es una prohormona esteroide (secoesteroide). ● La provitamina D se encuentra en 2 formas:

- 7-dehidrocolesterol (tejidos animales) → Precursor del colecalciferol o vitamina D3. - Ergosterol (tejidos vegetales) → Precursor del ergocalciferol o vitamina D2.

133 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

Estructura de la vitamina D ● El colecalciferol se produce en la piel por radiación UV del 7-dehidrocolesterol, un metabolito normal del colesterol. También pueden obtenerse las formas D2 y D3 a través de la dieta. ● Las mejores fuentes de vitamina D

2

son: la leche y la mantequilla.

● Las

mejores fuentes de vitamina D3 son: el pescado de agua salada (salmón, sardinas y arenques), el hígado y la yema de huevo.

● La vitamina D se absorbe en el intestino delgado y circula en sangre unida a una globulina específica. En

el hígado es hidroxilada en el C-25 pasando a 25-(OH)-vitamina D3, 25-hidroxicolecalciferol o calcidiol. En los túbulos renales proximales se produce la hidroxilación del calcidiol en el C-1 para dar lugar a la vitamina D activa → 1,25-(OH)2-vitamina D3, 1,25-dihidroxicolecalciferol o calcitriol (reacción catalizada por 1-α-hidroxilasa mitocondrial). Recuerda

La PTH favorece la formación de la vitamina D activa o calcitriol al aumentar la actividad 1-α-hidroxilasa renal.

● Funciones: a) Favorece la absorción intestinal de calcio y fosfato: aumenta la expresión de una proteína fijadora de calcio en las células epiteliales intestinales, la calbindina.

b) Favorece la resorción ósea. c) Aumenta la reabsorción de calcio y fosfato por el riñón. ● Deficiencia:

- Osteomalacia: en adultos. Desmineralización de los huesos haciendo que sean más blandos y susceptibles a las fracturas. - Raquitismo: en niños. Formación continua de matriz y de cartílago, que se mineralizan de forma inadecuada dando lugar a huesos blandos y flexibles.

3. VITAMINA E (TOCOFEROL) ● Es un isoprenoide sustituido de 6-hidroxicromanos. ● El α-D-tocoferol es el más abundante y el de mayor actividad biológica.

Estructura del α-tocoferol

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BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA ● Las fuentes más importantes de vitamina E son los aceites vegetales. ● La cantidad de α-tocoferol está relacionada con la cantidad de ácido linoléico presente. ● El tocoferol en el torrente circulatorio se asocia a quilomicrones y VLDL. ● El tejido adiposo es el tejido que mayor cantidad de vitamina E almacena. ● Funciones:

a) Protege frente a la peroxidación de los ácidos grasos poliinsaturados de las membranas plasmáticas. b) La vitamina E es un antioxidante natural (relevante para la membrana del eritrocito). ● Deficiencia:

- Se asocia con anemia hemolítica, trombocitosis y edema.

4. VITAMINA K ● Son NAFTOQUINONAS con poliisoprenoides sustituidos. ● Existen varias formas de vitamina K:

- K1: Filoquinona (reino vegetal) → Natural y liposoluble. - K2: Menaquinona (bacteriana) → Natural y liposoluble. - K3: Menadiona → Sintética e hidrosoluble. ● Las formas liposolubles necesitan para su absorción de sales biliares y son transportadas en sangre unidas a las β-lipoproteínas circulantes. ● Funciones:

- La vitamina K es necesaria para la reacción de carboxilación del residuo de ácido glutámico (transformación a γ-carboxiglutámico) de los factores de coagulación II, VII, IX y X. Recuerda

Los anticoagulantes antivitamina K son la warfarina y el acenocumarol.

● Deficiencia: el déficit de vitamina K produce hemorragias gastrointestinales, prolongación del tiempo

de protrombina, equimosis y hematuria. Neonatos con este déficit vitamínico desarrollan la enfermedad hemorrágica del recién nacido.

Tabla resumen de las vitaminas liposolubles

VITAMINA Vitamina A (RETINOL)

Vitamina D (CALCITRIOL)

FUNCIÓN ● Ciclo visual: forma parte del pigmento rodopsina localizado en los bastones ● Crecimiento y diferenciación de tejidos ● Favorece la absorción intestinal de calcio y fosfato ● Promueve la resorción ósea ● Estimula la reabsorción renal de calcio y fosfato

DEFICIENCIA Ceguera nocturna

Osteomalacia en adultos Raquitismo en niños

Vitamina E (α-TOCOFEROL)

Antioxidante natural: ● Protege de la peroxidación de los ácidos grasos poliinsaturados ● Protege a la membrana del hematíe de la oxidación

Anemia hemolítica, trombocitosis y edema

Vitamina K (NAFTOQUINONAS)

Carboxilación de restos de glutámico en factores de coagulación II, VII, IX y X

Hemorragias gastrointestinales

135 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

BIOQUÍMICA METABÓLICA 1. BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO metabolismo es la suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo. Está formado por una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente que constituyen las rutas metabólicas.

● El

● Metabolismo intermediario → Es el conjunto de vías metabólicas centrales que sirven para la síntesis,

degradación y conversión de metabolitos de bajo peso molecular. No incluye la biosíntesis de los ácidos nucleicos y proteínas a partir de sus precursores monoméricos.

● El metabolismo puede subdividirse en 2 categorías importantes:

a) Catabolismo → Fase degradativa en la que los nutrientes orgánicos (glúcidos, lípidos y proteínas) se convierten en productos más pequeños y sencillos (ácido láctico, CO2 y NH3). Las rutas catabólicas liberan energía, parte de la cual se conserva mediante la formación de ATP y transportadores electrónicos reducidos (NADH, NADPH y FADH2). El resto se pierde en forma de calor. Son rutas convergentes (formación de un producto común, CO2 y H2O).

b) Anabolismo → Fase biosintética en la que precursores pequeños y sencillos se transforman en moléculas más complejas como lípidos, polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos. Las reacciones anabólicas requieren aporte de energía, generalmente en forma de ATP, y poder reductor, en forma de NADH, NADPH y FADH2. Las rutas anabólicas son divergentes. ● La energía liberada en los procesos catabólicos es utilizada en los procesos anabólicos. ● Las rutas del catabolismo y del anabolismo no son exactamente una la inversa de la otra, es decir,

presentan enzimas comunes y alguna de las enzimas diferente. Èstas representan los sitios de regulación específica independiente. Además transcurren en compartimentos celulares diferentes. Ej. Catabolismo de ácidos grasos en la mitocondria y síntesis de ácidos grasos en el citoplasma.

● Regulación de las rutas metabólicas:

- Control cinético según disponibilidad de sustrato: cuando la concentración intracelular de sustrato está próxima o por debajo de la Km, la velocidad de la reacción depende fuertemente de la concentración de sustrato. - Regulación alostérica: por un intermediario metabólico o coenzima que refleja el estado metabólico interno de la célula. Ej. El exceso de ATP inhibe alostéricamente las rutas catabólicas. - Regulación hormonal o por factores de crecimiento. - Compartimentalización celular.

Relaciones energéticas entre rutas catabólicas y anabólicas

136 @AcademiaGoBIR

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOENERGÉTICA ● Es el estudio de las variaciones de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas. Las transformaciones biológicas de la energía obedecen a las leyes de la termodinámica.

a) Primera ley: Principio de conservación de la energía “En cualquier cambio químico o físico, la cantidad total de energía de un sistema permanece constante; la energía puede cambiar de forma o ser transportada de una región a otra, pero no puede ser creada ni destruida”.

b) Segunda ley “En todos los procesos naturales aumenta la entropía del Universo; o lo que es lo mismo, si un proceso se produce espontáneamente la entropía total de un sistema (grado de desorden) debe aumentar”.

c) Tercera ley “Solo las sustancias puras, cristalinas y perfectamente ordenadas tienen entropía nula en el cero absoluto de temperatura; o lo que es lo mismo, ningún sistema puede enfriarse hasta el cero absoluto”. ● En los sistemas biológicos, en condiciones de presión y temperatura constantes, hay una ecuación que

combina las 2 primeras leyes y describe los cambios de energía que tienen lugar en una reacción química: ΔG = ΔH –TΔS

Parámetros ● ΔG: Variación de la energía libre de Gibbs, G. Expresa la cantidad de energía disponible para realizar

un trabajo a presión y temperatura constantes. Es la energía que utilizan las células.

- ΔG < 0 → Reacción exergónica: ocurre de manera espontánea, con pérdida de energía libre. - ΔG > 0 → Reacción endergónica: no ocurre espontáneamente. El sistema gana energía libre. ● ΔH: Variación de la entalpía, H. Es el contenido calórico del sistema de reacción. Refleja el número y la

clase de enlaces químicos en los reactivos y en los productos.

- ΔH < 0 → Reacción exotérmica: libera calor (el contenido calórico de los productos es menor que el de los reactivos). - ΔH > 0 → Reacción endotérmica: absorben calor del entorno. Al aumentar la temperatura se favorece la aparición de productos. ● ΔS:

Variación de la entropía, S. Es una expresión cuantitativa del grado de desorden o libertad de un sistema. Los sistemas desordenados tienen una entropía elevada. La vaporización aumenta la entropía de un sistema.

● T: Temperatura absoluta.

Representación de las reacciones químicas según la entalpía

137 Paseo de la Habana 9-11, Madrid. 911 610 039

BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA Recuerda

Durante el crecimiento y división de las células, el orden interno celular se compensa con el desorden que se genera en su entorno. Los organismos vivos conservan su orden interno tomando de su entorno energía libre en forma de nutrientes y devolviendo a su entorno una cantidad igual de energía en forma de calor y entropía.

composición de un sistema de reacción tiende a cambiar hasta que se alcanza el equlibrio. Las concentraciones de reactivos y productos en el equilibrio definen la constante de equilibrio, Keq → Relación entre las concentraciones molares (mol/L) de reactivos y de productos. ● La

Keq =

[Productos]eq [Reactivos]eq

● Variación

de energía libre de Gibbs estándar (ΔG´º): Es la fuerza propulsora del sistema hacia el equilibrio en condiciones estándar (T=25ºC, P=1 atm, pH=7 y concentraciones iniciales de reactivos y productos=1M). Indica en qué dirección y hasta qué punto transcurre una determinada reacción para alcanzar el equilibrio en las condiciones ya mencionadas. ΔG = ΔG´º + RT ln K´eq

● Cuando ΔG = 0 se alcanza el equilibrio. Sustituyendo en la ecuación anterior:

ΔG´º = - RT ln K´eq ● Por tanto, la ΔG´º de una reacción química es una forma matemática alternativa de expresar su constante

de equilibrio.

Relaciones entre la K´eq, la ΔG´0 y la dirección de las reacciones químicas en condiciones estándar K´eq

ΔG´o

A [1M]

>1

Negativa

La reacción transcurre hacia la derecha

1,0

Cero

Se encuentra en el equilibrio