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CURSO PARA LA PREPACIÓN DEL BIR

BioquímicaEstructural, Metabólica y Clínica



BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA BIOQUÍMICA

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S i t e h a

g u s t a d o e s

t e o b s e q u

i o,

s í g u e n o s e

n t w i t t e r :

@ A c a d e m

i a G o B I R




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BIOQUÍMICA ESTRUCTURALBIOELEMENTOS ...................................................................................................................................................5

Bioelementos primarios ............................................................................................................................5Bioelementos 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 ................................................................................................................................................................45Denición y función .................................................................................................................................45Clasicación ............................................................................................................................................45 Ácidos grasos .........................................................................................................................................46Lípidos saponicables ............................................................................................................................48Lípidos insaponicables .........................................................................................................................54

PROTEÍNAS .........................................................................................................................................................62Denición y función .................................................................................................................................62Péptidos y enlace peptidico ....................................................................................................................68Proteínas: tipos y niveles estructurales ..................................................................................................71

Técnicas de análisis de proteínas ..........................................................................................................79Clasicación ............................................................................................................................................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 ......................................................................................................................................102Clasicación ..........................................................................................................................................103

Mecanismo de acción enzimático ........................................................................................................104 Cinética enzimática ...............................................................................................................................106

Actividad enzimática .............................................................................................................................112 Enzimas reguladoras ............................................................................................................................113 Serín-proteasas ....................................................................................................................................115 Enzimas de interés clínico ....................................................................................................................115

VITAMINAS .........................................................................................................................................................123Vitaminas hidrosolubles ........................................................................................................................123Vitaminas liposolubles ..........................................................................................................................133

BIOQUÍMICA METABÓLICABIOENERGÉTICA Y METABOLISMO ...............................................................................................................136 Bioenergética ........................................................................................................................................137

Transferencia de grupos fosforilo y ATP ...............................................................................................138Etapas en las rutas metabólicas ..........................................................................................................140

METABOLISMO DE LA GLUCOSA ...................................................................................................................141Catabolismo de la glucosa: glucólisis ...................................................................................................141Destinos metabólicos del piruvato ........................................................................................................147Ruta alternativa de oxidación de la glucosa .........................................................................................163 Anabolismo de la glucosa: gluconeogénesis .......................................................................................165

METABOLISMO DEL GLUCÓGENO ................................................................................................................170Catabolismo del glucógeno: glucogenolisis .........................................................................................170Biosíntesis del glucógeno: glucogenogénesis .....................................................................................173

Resumen de la glucogenolisis/glucogenogénesis ...............................................................................175

INDICE




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

PATOLOGÍA DEL METABOLISMO GLUCÍDICO ..............................................................................................176Diabetes ................................................................................................................................................176Defectos enzimáticos de la glucólisis ...................................................................................................176Defectos de la ruta de las pentosas fosfato .........................................................................................177Defectos de la vía del ácido urónico .....................................................................................................177

Defectos del metabolismo de otros monosacáridos ............................................................................177Defectos enzimáticos de la gluconeogénesis ......................................................................................179Defectos del metabolismo del glucógeno ............................................................................................179

PATOLOGÍA DE LA CADENA RESPIRATORIA MITOCONDRIAL...................................................................181

PATOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LOS GLUCOSAMINOGLUCANOS ...................................................182

METABOLISMO LIPÍDICO.................................................................................................................................184Metabolismo de las lipoproteínas .........................................................................................................184Catabolismo 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 esngolípidos ..................................................................................213Obesidad ...............................................................................................................................................214

METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS ................................................................................................................216Catabolismo de aminoácidos ...............................................................................................................216Biosíntesis 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 ramicados ................................................................232 Alteraciones del metabolismo de aminoácidos alifáticos no ramicados............................................233

Alteraciones del ciclo de la urea ...........................................................................................................233

METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS ...............................................................................................................236Biosíntesis de nucleótidos ....................................................................................................................236Catabolismo de nucleótidos .................................................................................................................242

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS ..........................................................................244Deniciones 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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BIOQUÍMICAESTRUCTURAL

1. BIOELEMENTOS● Los bioelementos o elementos biogenésicos son los elementos químicos que forman parte de los seresvivos. Atendiendo a la proporción en la que se encuentran formando parte de la materia viva, podemosclasicarlos en 3 tipos:

- Bioelementos primarios (99%) → C, O, H, N, P y S

- Bioelementos secundarios (0,7-0,9%) → Na, K, Ca, Mg y Cl

- Oligoelementos o elementos traza (0,1%) → Fe, F, Zn, Cu, ...

BIOELEMENTOS PRIMARIOS (C, O, H, N, Py S)

● Son los elementos más abundantes de la materia viva, constituyendo más del 99% de la misma. El C,O, H y N representan más del 95%. Estos bioelementos forman las biomoléculas y gases estables.

● CARBONO → Forma enlaces covalentes estables con otros átomos de C, H, N y O. Gracias a sus 4electrones de valencia tiene la capacidad de formar enlaces dobles y triples, lo que permite alcanzar unaalta complejidad estructural y originar moléculas orgánicas diversas.

● OXÍGENO → Elemento de bajo peso molecular, pequeño y muy reactivo. Es soluble en agua, y por tanto, está disponible para la mayor parte de los organismos vivos. Es uno de los gases más importantesde la atmósfera. Es el bioelemento primario más electronegativo.

● HIDRÓGENO → Es el elemento más abundante de los organismos vivos. Forma enlaces covalentesal compartir el único electrón que tiene en su capa de valencia. Es uno de los elementos más importantesen la estructura de las biomoléculas.

● NITRÓGENO → Elemento constituyente de los aminoácidos, unidades estructurales de las proteínas.

● FÓSFORO → Los compuestos del fósforo intervienen en procesos esenciales para los seres vivos.Podemos encontrarlo como fosfato, que es el anión intracelular más abundante. Se distribuye por igualentre los compartimentos intracelular y extracelular. Aproximadamente el 85% del fosfato del cuerpo

humano se encuentra en el esqueleto, el 15% en los tejidos blandos y el 0,1% en el plasma sanguíneo.En los tejidos blandos la mayor parte del fosfato es orgánico, formando parte de los ácidos nucleicos,fosfolípidos y fosfoproteínas. En el plasma sanguíneo el 55% del fosfato está ionizado, el 10% unido aproteínas y el 35% restante se encuentra formando complejos. Su concentración plasmática se regulaprincipalmente mediante eliminación renal.

- Funciones: a) Transcripción y traducción celular.

b) Crecimiento celular.

c) Componente de algunas coenzimas, como el NADP, y de los fosfolípidos de las membranas celulares.

d) Constituyente de los nucleótidos que componen el DNA y el RNA.

e) Soporte estructural del cuerpo al formar parte de la hidroxiapatita almacenada en el hueso.

MACROMINERALES>100 μg/mL

MICROMINERALES<100 μg/mL




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- Los fosfatos producen enlaces de alta energía, que al romperse la liberan. Forman parte del adenosíntrifosfato o ATP (molécula que almacena la energía obtenida durante el metabolismo de las biomoléculas).- El tampón fosfato constituye la solución reguladora intracelular más importante.

Recuerda La homeostasis del fosfato está regulada por la hormona paratiroidea (PTH) y elcalcitriol (forma activa de la vitamina D). La PTH inhibe la reabsorción de fosfato enlos riñones, aumentando su excreción urinaria. El calcitriol promueve la absorción

intestinal de fosfato.

HIPERFOSFATEMIA (>4,5 mg/dL) HIPOFOSFATEMIA (<2,5 mg/dL)

NIVELES DE FOSFATO EN SUERO

►Excreción renal de fosfato disminuida:- Insuciencia renal

- Hipoparatiroidismo

►Ingestión de fosfato aumentada►Salida de fosfato de las células por lisis

celular

►Absorción intestinal disminuida: malabsorción, vómitos, diarrea, …

►Captación celular aumentada

►Excreción incrementada: hiperparatiroidismo, defecto tubular

renal, hipomagnesemia, …► Dilución: alcoholismo crónico

● AZUFRE → Forma parte de los aminoácidos metionina y cisteína.

ELEMENTOS % Corteza terrestre ELEMENTOS % Seres vivos

Oxígeno 47% Oxígeno 25% Silicio* 28% Carbono 25%

Aluminio 8% Hidrógeno 49% Hierro 5% Nitrógeno 0,27%

ELEMENTOS QUÍMICOS MÁS ABUNDANTES EN LA CORTEZA TERRESTRE Y EN LOS ORGANISMOS VIVOS

BIOELEMENTOS SECUNDARIOS (Na+, K+, Ca2+, Mg2+ y Cl-)

● Representan cerca del 1% restante de la materia viva. Son indispensables para casi todas las células,aunque son requeridos en cantidades muy pequeñas. Estos bioelementos, solos o combinados con otrosbioelementos, se encuentran en forma iónica en disoluciones acuosas.

● SODIO → Es el principal catión del líquido extracelular, representando más del 90% de los cationesextracelulares. Es el responsable de casi la mitad de la osmolalidad plasmática. Aproximadamente el 40%

del Na+

corporal está localizado en el hueso y el 60% restante se encuentra distribuido entre los espaciosintersticial e intravascular. El Na+ se ltra libremente en el glomérulo y se reabsorbe en un 65-70% en eltúbulo proximal junto con bicarbonato, en un 25-30% junto con cloruro y agua en el Asa de Henle, y en un10-15% por efecto de la aldosterona en la porción nal del túbulo distal y túbulo colector .

- Funciones: a) Mantenimiento de la presión osmótica del plasma.b) Transmisión del impulso nervioso y contracción muscular: generación y conducción de potenciales deacción.c) Equilibrio ácido-base.

- Sus niveles extracelulares se mantienen gracias a la bomba ATPasa Na+-K+, que expulsa 3 Na+ de lacélula por cada 2 K+ que introduce, utilizando la hidrólisis del ATP.




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Funcionamiento de la bomba Na+- K +

Recuerda Osmolalidad: Es el número total de partículas de soluto por unidad de peso de diso-lución. Osmolaridad: Es una medida del número total de partículas de soluto porunidad de volumen de disolución. En soluciones diluidas, como los líquidos corpora-les se pueden utilizar como sinónimos porque las diferencias son muy pequeñas.

HIPERNATREMIA (>145 mmol/L)

Generalmente por pérdida excesiva de agua con respecto

al sodio o aumento de la cantidad total de sodio

HIPONATREMIA (<136 mmol/L)

Generalmente se debe a un exceso de agua

en relación con el soluto total

► Pérdidas extrarrenales de agua:Quemaduras extensas

► Pérdidas renales de agua:Diabetes insípida

► Retención de Na+:Ingesta o administración excesiva de Na+

Hiperaldosteronismo

Síndrome de Cushing

► Pérdidas extrarrenales de Na+:Vómitos, diarreas, peritonitis, traumatismos

y quemaduras

► Pérdidas renales de Na+:

Uso de diuréticosNefropatías intersticiales

Insuciencia renal crónica

Hipoaldosteronismo

► Hiponatremia por dilución:Polidipsia primaria

Enfermedad de SIADH

► Hiponatremia con osmolalidadplasmática normal:Pseudohiponatremia: hiperlipemia

e hiperproteinemia

Hiponatremia osmótica: acumulaciónde solutos como glucosa, que provoca

la salida de agua de las células

NIVELES DE SODIO EN SUERO

- La hiponatremia produce INFLAMACIÓN CELULAR → Edema de las células encefálicas → Cefaleas,naúseas y desorientación. Es el trastorno de electrolitos más común en la práctica clínica y se puedeencontrar en un 15-20% de los pacientes hospitalizados.- La hipernatremia produce DESHIDRATACIÓN CELULAR y estimula el centro de la sed.

- La regulación del volumen del líquido extracelular y de la osmolalidad plasmática dependen del balancede sodio, que a su vez está determinado por:

1) La hormona aldosterona: es sintetizada en la zona glomerular de la corteza suprarrenal y se libera por acción de la angiotensina II e hiperpotasemia principalmente. Esta hormona en las células principales




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de la porción nal del túbulo distal y túbulo colector cortical favorece la reabsorción de sodio (y agua porósmosis) y la secreción de potasio.

2) La hormona antidiurética (ADH): es una hormona de naturaleza peptídica liberada desde laneurohipósis y sintetizada en los núcleos supraóptico (principalmente) y paraventricular del hipotálamoen respuesta a un aumento de la osmolalidad plasmática. Tiene como función aumentar la permeabilidadal agua en las células principales de la porción nal del túbulo distal y túbulo colector cortical, mediante la

inserción de acuaporinas produciendo la reabsorción de agua. 3) Barorreceptores:son receptores responsables de la respuesta a las variaciones de volumen y estánlocalizados en las venas principales del tórax y en la aurícula izquierda. Son sensibles al estiramiento de lapared. Se activan por aumento de la presión arterial y aumento del volumen del líquido extracelular .

Hipernatremia transitoria

ADH

Retención de agua

Volumen del líquidoextracelular

Detección por los osmorreceptores

Activación del sistemarenina-angiotensina

Vasoconstricción renal Aldosterona

AUMENTO DE LA REABSORCIÓNDE SODIO Y AGUA

Ingesta de sal

Volumen extracelular

Detección por los barorreceptores

Regulación del contenido total y plasmático de Na+

● POTASIO → Es el catión intracelular más abundante. La mayor parte del K+ corporal (98%) seencuentra en el líquido intracelular , siendo su concentración 3 veces superior a la del plasma.

- Se ltra libremente por el glomérulo y se elimina en un 80-90% por la orina; el resto, por el sudor y lasheces.

- Funciones: a) Su presencia en el interior de la célula es imprescindible para mantener la osmolalidad y contribuye almantenimiento del volumen intracelular y la fuerza iónica.b) Participa en la transmisión nerviosa y neuromuscular.c) La concentración intracelular de K+ afecta a las enzimas celulares y al pH.d) Participa en el transporte activo de nutrientes a través de la bomba Na +-K+ (la alta concentración depotasio intracelular se mantiene gracias a esta bomba).




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HIPERPOTASEMIA (>5 mmol/L) HIPOPOTASEMIA (<3,5 mmol/L)

► Ingestión deciente

► Pérdidas gastrointestinales:

DiarreasVómitos

► Causas renales: Alcalosis metabólica

Diuresis osmótica

Hiperaldosteronismo

Enfermedades renales tubulares

NIVELES DE POTASIO EN SUERO

► Excreción renal de K+ disminuida:Insuciencia renal aguda o crónica

Enfermedad de Addison► Salida de K+ de las células:

Destrucción celular: hemólisis, lesión tisular,

rabdomiolisis y quemaduras

Décit de insulina

AcidosisHiperosmolalidad

Fármacos digitálicos: inhiben la bomba

Na+-K+

► Pseudohiperpotasemia:Trombocitosis, leucocitosis o hemólisis

- Hipopotasemia → Debilidad muscular.

- Hiperpotasemia → Debilidad de la contracción y arritmias → Insuciencia cardiaca (se aumenta lapermeabilidad al potasio de las células excitables y el corazón se hace más refractario a la excitación).

- La transferencia de K+ entre el líquido extracelular e intracelular se regula por la acción de:

a) Insulina: introduce K+ en la célula estimulando la actividad de la ATPasa Na+-K+.

b) Catecolaminas: los agonistas β-adrenérgicos median un aumento de la actividad de la ATPasaNa+-K+ y los α-adrenérgicos median la liberación de K+ de las células.

c) Alteraciones de pH: Acidosis: entrada de H+ en el interior celular y salida de K+.

Alcalosis: salida de H+ de las células y entrada de K+.

d) Cambios en la osmolalidad: el aumento de la osmolalidad del líquido extracelular provoca la salida deagua de las células, lo que provoca un aumento intracelular de potasio→ Salida pasiva de K+→ Aumentode la concentración de K+ en el líquido extracelular.

● CALCIO → Es el catión más abundante del cuerpo humano. Se encuentra en 3 compartimentosprincipales: esqueleto, tejidos blandos y líquido extracelular. La concentración extracelular de calcio estáregulada por un sistema homeostático en el que participan las glándulas paratiroideas, el intestino, elesqueleto y el riñón. El 99% del calcio del organismo se encuentra en el hueso en forma de cristales

de hidroxiapatita. En la sangre el calcio se encuentra de 3 formas: 50% en forma ionizada, 40% unidoa proteínas (principalmente, albúmina) y el 10% restante en forma de complejos. Sus niveles séricosnormales oscilan entre 8,8 y 10,2 mg/dL. La concentración de Ca2+ en suero (10-3 M) es unas diez mil vecesmayor que en el citoplasma celular (10-7 M).- La mayor parte del calcio intracelular se encuentra en las mitocondrias y en el retículo endoplásmico.- La baja concentración de calcio del citoplasma se mantiene por medio de sistemas de transporte de calcioa través de las membranas plasmática, mitocondrial y lisosómica.




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9%

41%

50%

Calcio en complejocon aniones9% (0,2 mmol/L)

Calcio unido a proteinas41% (1 mmol/L)

Calcio ionizado50% (1,2 mmol/L)

Distribución del calcio

- El 98-99% del calcio ltrado es reabsorbido. De esta cantidad, un 90% se reabsorbe en el túbulo proximal, Asa de Henle y porción inicial del túbulo distal. El 10% restante, por acción de la PTH, se reabsorbe enla porción nal del túbulo distal y porcion inicial del túbulo colector .

Recuerda La PTH favorece la reabsorción de calcio en el túbulo distal y porción inicial del tú-bulo colector, a nivel intestinal favorece de manera indirecta (estimula la síntesis de1,25 dihidroxivitamina D) la absorción de Ca2+ y en el hueso favorece la resorciónósea → Hipercalcemiante. La CALCITONINA reduce las concentraciones plasmá-ticas de Ca2+ → Hipocalcemiante.

FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL CALCIO

CELULARES

- Crecimiento y división celular

- Estabilización de membranas

- Excitabilidad y permeabilidad de la

membrana plasmática

- Transporte de iones a través de membranas

- Regulación enzimática

- Excitación nerviosa

- Secreción de hormonas

- Secreción exocrina

- Neurotransmisión

- Contracción muscular

EXTRACELULARES

- Mineralización

- Cofactor de factores de coagulación VII, IX y X

- Reconocimiento y adhesión entre células




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► Hiperparatiroidismo primario o secundario

► Cáncer

► Exceso de vitamina D

► Insuciencia renal

► Hipercalcemia hipercalciúrica familiar

► Diuréticos tiazídicos

► Hipertiroidismo

► Absorción intestinal disminuida:

malabsorción, ...

► Hipoalbuminemia

► Hipoparatiroidismo

► Décit de vitamina D: osteomalacia o

raquitismo

► Hipomagnesemia

► Terapia con anticonvulsivos

HIPERCALCEMIA (>10,2 mg/dL) HIPOCALCEMIA (<8,8 mg/dL)

- Hipocalcemia → Se aumenta la permeabilidad neuronal a los iones sodio. Produce excitación delsistema nervioso y tetania.

- Hipercalcemia → Deprime la actividad del sistema nervioso y muscular.

● MAGNESIO → Es el segundo catión intracelular más importante. El 55-65% está localizado en elesqueleto. El resto se encuentra distribuido entre el compartimento intracelular (35-45%) y el extracelular(1-5%).- De la cantidad ingerida, aproximadamente el 40% se absorbe en el yeyuno e íleon por difusión facilitaday está parcialmente regulado por la vitamina D.

- El 70% del magnesio plasmático circula libre en plasma y el resto, unido principalmente a albúmina.

- De la cantidad presente en plasma, el 85-90% se ltra por el glomérulo y se reabsorbe el 25% en el túbuloproximal, el 65% en el Asa de Henle y menos del 5% en el túbulo distal y colector.

- El 10-15% se excreta por la orina.

- Funciones: a) Cofactor de todas las reacciones que involucran ATP (Ej. Síntesis de proteínas y ácidos nucleicos).

b) Cofactor de más de 300 enzimas.

c) Excitabilidad neuromuscular.

FIGURA 4. Distribución del calcio.HIPERMAGNESEMIA (>2,6 mg/dL) HIPOMAGNESEMIA (<1,8 mg/dL)

NIVELES DE MAGNESIO EN SUERO

► Ingestión excesiva de magnesio

► Exceso de vitamina D

► Insuciencia renal

► Hipercalcemia hipocalciúrica familiar ► Ingestión de litio

► Hipotiroidismo

► Alteraciones gastrointestinales: malab-

sorción, diarreas, ingestión inadecuada

► Pérdidas renales:

- Alcoholismo- Diuresis osmótica (diabetes mellitus)

► Fármacos: diuréticos y aminoglucósidos

► Acidosis metabólica - Insuciencia renal avanzada

- Los riñones aumentan la excreción urinaria de magnesio cuando hay hipercalcemia, hipermagnesemia,disminución de PTH (la PTH produce un aumento de la reabsorción tubular de magnesio) y acidosis.

- CLORURO → Es el anión extracelular más abundante. Participa en el mantenimiento de la distribuciónhídrica, de la presión osmótica y en el equilibrio entre aniones y cationes del líquido extracelular. Es el

anión más abundante en las secreciones gástricas e intestinales. Se reabsorbe pasivamente juntocon el sodio en el túbulo proximal (por atracción eléctrica) y activamente en la rama ascendente del Asade Henle.




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Recuerda El cloro y el sodio van juntos en la misma dirección y el bicarbonato va en sentidocontrario al cloruro.

OLIGOELEMENTOS O ELEMENTOS TRAZA (Fe, F, Zn y Cu)

● Representan el 0,1% de la materia viva. Desempeñan un papel importante en el organismo a pesar deencontrarse en concentraciones mínimas ( partes por millón -ppm- o partes por billón -ppb-). Intervienenen:- Transporte a través de membranas.- Conducción nerviosa.- Funcionamiento muscular.- Síntesis proteica y de ácidos nucleicos.- Facilitan la activivad de numerosas enzimas.

1. CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS TRAZA

● Atendiendo a los requerimientos nutricionales:- Esenciales: F, Si, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, I y Mo.

- Posibles esenciales: V, As, B, Ba, Cd, Li, Pb y Sn.

- No esenciales: tóxicos (Ej. Hg) o no tóxicos.

Ojo El término “esencialidad” en elementos traza: un elemento se considera esencialcuando su ingesta deciente determina la disminución de una función o actividadbiológica de óptima a subóptima, y cuando su administración en cantidades sioló-gicas o adecuadas previene o cura dicha alteración.

● Atendiendo a su metabolismo:

ELEMENTOS ESENCIALES

Elementos catiónicosAbsorción variable

Control homeostático através del hígado (vía de

eliminación biliar) y del tractogastrointestinal

(vía de excreción fecal)

Zn, Mn y Cu

Elementos aniónicos

Absorción en el intestinoEliminación a través de vía

renalI y Se

Elementos que formanparte de complejos

orgánicos

Fe en el grupo hemo

Clasifcación de los elementos traza

2. PRINCIPALES ELEMENTOS TRAZA ESENCIALES

a) Cobre

● El cobre es un nutriente esencial constituyente de las siguientes enzimas:




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ENZIMAS FUNCIÓN EN LA CÉLULA

► Ceruloplasmina

► Citocromo oxidasa

► Dopamina hidroxilasa

► Lisina hidroxilasa

► Superóxido dismutasa► Tirosinasa

► Delta-aminolevulínico deshidratasa

► Ferroxidasa, transporte de cobre

► Cadena de transporte electrónico

► Síntesis de catecolaminas

► Entrecruzamiento de colágeno y elastina

► Detoxicación de radicales libres► Síntesis de melanina

► Síntesis de hemoglobina

● Los requerimientos diarios de cobre son 2-3 mg. Del cobre procedente de la dieta, se absorbe un 32% anivel duodenal. En su absorción participa una proteína llamada metalotioneína que también está implicadaen la absorción de otros metales como el zinc, el cadmio y el mercurio.

● Al entrar en la sangre el cobre es captado por la albúmina del plasma y de aquí se distribuye a lascuproproteínas del hígado y de otros tejidos. Una vez incorporado a la ceruloplasmina hepática se viertea la sangre.

● Por tanto, el cobre plasmático se presenta en 2 formas:

- Unido a ceruloplasmina (proteína que contiene de 6 a 7 átomos de cobre/mol) → 80-95%.

- Unido a albúmina.

● El cobre en el organismo se encuentra principalmente en: hígado, cerebro, riñón, corazón, cabello,músculo, hueso y eritrocitos.

● Se excreta principalmente en la bilis al intestino y se elimina por las heces. Debido a que el cobreplasmático está en su mayoría unido a proteínas no se excreta fácilmente.

Défcit de cobre

● Causas:

- Décit de aporte: alimentación parenteral prolongada o prematuros alimentados con leche de vacadurante 2 ó 3 meses.

- Décit de absorción: brosis quística, enfermedad celiaca, esprue.

- Aumento de pérdidas: enteropatía con pérdida de proteínas, síndrome nefrótico, …

- Trastornos hereditarios: enfermedad de Menkes, enfermedad de Wilson e hipoceruloplasminemiafamiliar .

● Síntomas del décit de cobre → Anemia, trastornos neurológicos con décit de mielina, trastornos óseosy de la pared de las arterias (debido al décit en la síntesis de colágeno y elastina), y síntesis disminuidade melanina.

Exceso de cobre

● Se puede deber a intoxicación por ingestión accidental o intencionada.● Las personas expuestas al cobre metálico en la industria pueden presentar manifestaciones pulmonarespasajeras y ebre por las emanaciones metálicas.

Ojo La ceruloplasmina es una α2-globulina que, además de transportar cobre, tiene

actividad oxidasa y cataliza la oxidación de hierro ferroso a férrico, lo que permitesu captación por la transferrina. También es un reactante de fase aguda positivo.

Patología del cobre

● 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 codica para laproteína ATP7A, que es un transportador de cobre. Esta ATPasa se encarga de la conducción del cobre




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desde las células al exterior. Afecta principalmente a la ATPasa del intestino, no pudiendo salir el cobrea la sangre. Afecta también al sistema nervioso, tejido conectivo y vasculatura, y es mortal en la infancia.Se caracteriza por hipocupremia y disminución de la ceruloplasmina circulante.

● Enfermedad de Wilson (o degeneración hepatolenticular): enfermedad autosómica recesiva. Sedebe al décit de la proteína transportadora de cobre ATP7B (gen en el cromosoma 13) localizada en elhígado; al no poder transportarse el cobre fuera del hepatocito para excretarse por vía biliar, se acumula.

Cuando se ha sobrepasado la capacidad de los hepatocitos para almacenar cobre, se libera a la sangre,circula unido a la albúmina y se cede a otros tejidos, como el cerebro y el riñón. El exceso de cobre inhibe laformación de ceruloplasmina. Se caracteriza también por hipocupremia y disminución de la ceruloplasminacirculante.

Recuerda Enfermedad de Wilson: acúmulo de cobre en hígado y otros tejidos.Enfermedad de Menkes: se caracteriza por un acúmulo de cobre en las células de lamucosa intestinal y un décit de cobre en el resto de tejidos.

b) Zinc

● Es el segundo oligoelemento más abundante del ser humano (el primero es el hierro) y ejerce unafunción importante como cofactor de múltiples enzimas del metabolismo intermediario.

● El zinc desempeña un papel fundamental en la síntesis proteica y en la expresión génica.

ENZIMAS QUE CONTIENEN ZINC

- Alcohol deshidrogenasa

- Anhidrasa carbónica

- Carboxipeptidasas

- Fosfatasa alcalina

- Timidina quinasa

- RNA y DNA polimerasas

● La cantidad diaria de Zn recomendada es de unos 15 mg/día, cantidad que aumenta durante el embarazoy la lactancia.

● Se absorbe entre un 20-30% del zinc ingerido en el yeyuno y en el duodeno proximal. El zinc se transportaen el plasma sanguíneo unido a albúmina (60-70%) y a la α

2-macroglobulina (30-40%), con una pequeña

cantidad asociada a la transferrina y a los aminoácidos libres.

● Los tejidos y líquidos más ricos en Zn son: próstata, semen, hígado, riñón, retina, hueso y músculo. Elcontenido de Zn de los eritrocitos es 10 veces el del plasma debido a la presencia en los hematíes de laanhidrasa carbónica.

●La vía principal de excreción del zinc son las heces. La secreción pancreática es responsable de un 25%de la excreción total.

Défcit de zinc

● Causas:

- Décit de absorción intestinal: por dietas ricas en cereales y pan no fermentado (los tatos inhiben laabsorción de Zn).

- Redistribución desde el plasma a los tejidos: en la fase aguda del infarto de miocardio, hepatitis,infecciones y neoplasias malignas.

- Aumento de pérdidas gastrointestinales: diarrea y vómitos.

- Pérdidas urinarias: ingestión de alcohol y síndrome nefrótico.

- Fármacos: corticosteroides y penicilina.● La deciencia de Zn afecta a los tejidos con una alta tasa de recambio celular .




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● Síntomas del décit de Zn → Espermatogénesis defectuosa, retraso del crecimiento y de la maduraciónesquelética, diarrea, alopecia y dermatitis, disfunción inmunitaria con predisposición a las infecciones,retraso en la cicatrización y anomalías del gusto.

Exceso de zinc

● Causas:

- Intoxicación por inhalación de vapores en los soldadores.

- Ingestión oral.

- Administración intravenosa.

c) Hierro

● Es el oligoelemento más abundante del cuerpo humano. La importancia fundamental del hierro enel organismo reside en su capacidad para jar, transportar y ceder oxígeno, de ahí su importancia en larespiración. Se encuentra formando parte de:

- Hemoglobina (proteína constituyente del eritrocito).

- Mioglobina (forma de almacenamiento de oxígeno en el músculo).

- Citocromo oxidasa (cadena respiratoria).- Peroxidasa.

- Catalasa.

- Xantina oxidasa (catabolismo de las purinas para producir ácido úrico).

● Dentro de la célula el hierro se almacena en forma de ferritina, hemosiderina y mioglobina.

● La cantidad total de hierro del organismo es de unos 4 g. En las mujeres esta cantidad es inferior.

● El hierro en el organismo se distribuye de la siguiente manera:

CONTENIDO DE HIERRO DEL ORGANISMO

Contenido en hierro (g) % del hierro total

► COMPUESTOS HEMÍNICOS- Hemoglobina en sangre 2,6 65,0

- Mioglobina en músculo 0,13 6,0

► COMPUESTOS NO HEMÍNICOS- Transferrina 0,003 0,1

- Ferritina 0,520 13,0

- Hemosiderina 0,480 12,0

- Otros 0,140 3,6

● El hierro de la dieta se encuentra como hierro inorgánico o hierro orgánico (hierro hemínico). La absorción

se efectúa por transporte activo. Se produce principalmente en la primera porción del duodeno y en elyeyuno proximal. El hierro se absorbe en estado ferroso. De esta forma, atraviesa la membrana de losenterocitos y experimenta una oxidación a su forma férrica por acción de la ceruloplasmina .

● El hierro (en estado férrico), ya en el plasma, se combina con la apotransferrina para formar transferrina(β-globulina). La transferrina es la proteína transportadora de hierro y lo distribuye por todo el organismo,principalmente a los eritroblastos de la médula ósea, pero también a los hepatocitos y al sistemareticuloendotelial.● El hierro penetra en los eritroblastos de membrana de la médula ósea por endocitosis, cuyas mitocondriaslo incorporan a la protoporrina III, en una reacción catalizada por la ferroquelatasa, para la síntesis delgrupo hemo de la hemoglobina.● El exceso de hierro es almacenado en los hepatocitos y en menor medida, en el sistema reticuloendotelial

de la médula ósea. En el citoplasma celular el hierro férrico se combina con la apoferritina para formarferritina → Reserva de hierro de primera línea.




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● El hierro inorgánico (insoluble) se almacena en forma de HEMOSIDERINA. Esta proteína estáformada por la degradación incompleta de la ferritina y la conglomeración de hierro y otros componentessubcelulares. Tiene una relación hierro-proteína mayor que la de la ferritina y desde el punto de vistasiológico representa una forma de almacenamiento más estable y menos disponible que la ferritina.

Recuerda La hemoglobina es una hemoproteína constituida por un grupo prostético, hemo(no proteico) y un grupo proteico, globina (2 cadenas polipeptídicas α y 2 cadenas

β). En la hemoglobina el hierro está en forma ferrosa.

Metabolismo del hierro

Défcit de hierro

● Afecta con más frecuencia a los recién nacidos, niños de corta edad, mujeres embarazadas y durante la

lactancia.● El décit de hierro lleva al desarrollo de anemia ferropénica (anemia microcítica hipocrómica) → Escasezde hierro, baja producción de hemoglobina y producción de eritrocitos de pequeño tamaño (microcíticos).

● Manifestaciones más frecuentes: debilidad, palidez, disnea de esfuerzo, apatía y anorexia. En los casosmás graves puede haber dilatación cardiaca.

Exceso de hierro

● La absorción excesiva de hierro da lugar a un acúmulo excesivo de ferritina y hemosiderina en lostejidos. Este acúmulo puede cursar con lesión tisular, especialmente del hígado, como ocurre en laHEMOCROMATOSIS.

● La hemocromatosis es una enfermedad autosómica recesiva, debida a la mutación del gen HFE

localizado en el brazo corto del cromosoma 6. En consecuencia se produce un incremento en laabsorción de hierro a nivel intestinal y un mayor depósito del mismo en los tejidos, especialmente en elhígado, páncreas y corazón. La mutación más frecuente es la C282Y.

● Los hallazgos de laboratorio más frecuentes son: sideremia (concentración sérica de hierro elevada)e índice de saturación de la transferrina aumentado por encima del 50% (en condiciones normales estásaturada del 20-50%); la ferritina está muy aumentada en proporción al exceso de hierro.

● El tratamiento más frecuente en los estados de sobrecarga de hierro consiste en la realización desangrías para eliminar el exceso de hierro del organismo.

Recuerda La ferritina une de forma micelar entre 3.000-4.500 átomos férricos.




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d) Flúor ● La ingesta diaria en los adultos varía entre 1,5 y 4 mg. En los jóvenes se recomienda que no supere los2,5 mg diarios.

● El úor se absorbe a nivel intestinal fácilmente y se excreta mayoritariamente por la orina (se elimina un98% del ingerido en los adultos y en los niños se elimina el 80%).

● Los tejidos con mayor concentración son los dientes y los huesos (en forma de uoroapatita).

- Funciones:

a) Ayuda a prevenir la CARIES dental debido a que:

- Actúa como inhibidor de la actividad enzimática bacteriana.

- El úor es un componente esencial del esmalte dental; reacciona con la sustancia dental formando uncomplejo menos soluble y menos susceptible a la acción disolvente de los ácidos orales.

b) Combate los síntomas de la osteoporosis.

c) Incrementa la absorción intestinal del hierro.

Exceso de úor

● Complicaciones a largo plazo: calcicaciones de ligamentos y tendones. La ingestión crónica de úor

también produce FLUOROSIS, que se caracteriza por debilidad, pérdida de peso, anemia, huesosquebradizos y dientes moteados (cuando la ingestión tiene lugar durante la época de formación delesmalte).

● La ingestión aguda de cantidades tóxicas, como las que se encuentran en algunos insecticidas, produce:dolor abdominal, náuseas, vómitos, diarrea e hipocalcemia.

3. OTROS ELEMENTOS TRAZA ESENCIALES

a) Cromo

● El cromo existe en los alimentos como cromo inorgánico y en la forma biológicamente activa, unido a GTF (Factor de tolerancia a la glucosa).

● La levadura es la principal fuente de la dieta.● La ingesta media de cromo se estima en unos 52 µg/día.

● Existen 2 formas de cromo circulante en plasma: una parte unida a la transferrina y otra parte, como GTF.

- Funciones:

- Juega un papel en el metabolismo de los hidratos de carbonos y lípidos. El cromo aumenta los efectosestimulantes de la insulina.

Défcit de cromo

● Produce trastornos de la tolerancia a la glucosa, encefalopatía y neuropatía.

Exceso de cromo● El cromo se utiliza mucho en las industrias metálicas y de galvanización, y en la fabricación de tintes,esmaltes y pinturas.

● La exposición a cromatos produce un incremento de la frecuencia de cáncer de pulmón y disfunciónrenal.

b) Manganeso

● Los alimentos con la mayor cantidad de manganeso son: nueces, cereales y otros frutos secos. El téproporciona una fuente muy importante de manganeso.

● La ingesta diaria adecuada de manganeso es del orden de 2,5-5 mg/día.

● El manganeso se absorbe en el intestino delgado y se transporta en plasma unido a una β-globulina

llamada transmanganina.




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● Un 25% del manganeso se localiza en el esqueleto y dentro de las células se localiza en las mitocondrias.

● Hueso, hígado y páncreas presentan concentraciones mayores de manganeso.

● La principal vía de excreción es la bilis.

FUNCIONES DEL MANGANESO

► Formación de tejido conjuntivo y óseo

► Funciones reproductoras ► Metabolismo de hidratos de carbono y lípidos

► Constituyente de metaloenzimas: arginasa, piruvato carboxilasa y superóxido dismutasa

mitocondrial

► Activador enzimático: descarboxilasas, hidrolasas, quinasas y transferasas

Ej. Glucosiltransferasas, PEP carboxiquinasa y glutamina sintetasa

Défcit de manganeso

● Puede producir: defectos de la coagulación, hipocolesterolemia, dermatitis, elevación de lasconcentraciones de calcio y fósforo y elevación de la actividad fosfatasa alcalina en suero.

● Los niños con trastornos convulsivos tienen bajas concentraciones de manganeso en sangre.● Los niños con fenilcetonuria o con enfermedad del olor a jarabe de arce presentan bajas concentracionesde manganeso tisular.

Exceso de manganeso

● Los principales derivados tóxicos del manganeso son los compuestos de óxido de manganeso.

● En la industria el manganeso se utiliza en la fabricación de pilas y acumuladores eléctricos, pinturas,aleaciones, productos químicos, …

● La afectación pulmonar es rara y se maniesta con ensema pulmonar y bronquitis.

● Su jación en el SNC da lugar a un síndrome neurológico de tipo parkinsoniano.

c) Cobalto● Es esencial para el ser humano como parte integral de la vitamina B

12(cobalto orgánico), necesaria

para la síntesis de la hemoglobina. No se ha encontrado en la naturaleza ningún otro compuestoorgánico que contenga cobalto.

● Debe proporcionarse cobalto en la alimentación en la forma funcionalmente activa de la vitamina B12

.

Défcit de cobalto

● Los efectos y síntomas de la deciencia de cobalto se asocian a los que se producen por deciencia devitamina B

12.

Recuerda La vitamina B12

es una vitamina hidrosoluble que participa como coenzima en reac-

ciones de transferencia de grupos metilo y en reordenamientos intramoleculares.Participa en la degradación de los ácidos grasos de número impar de átomos decarbono. Su décit origina anemia megaloblástica y alteraciones neurológicas (dege-neración de la vaina de mielina por alteración del metabolismo lipídico) → Anemiamegaloblástica + alteración neurológica: anemia perniciosa.

Exceso de cobalto

● La toxicidad por cobalto inorgánico se puede presentar en bebedores de cerveza y en enfermos renales(reciben cloruro de cobalto como estimulador de la eritropoyesis).

● La administración crónica de cobalto puede bloquear la captación de yodo por el tiroides, favoreciendo la aparición de bocio.

● Otras manifestaciones más raras: miocardiopatía y brosis pulmonar.




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d) Selenio

● Las formas dietéticas principales del selenio son los selenoaminoácidos: selenometionina (origen vegetal)y selenocisteína (origen animal).

● La ingesta diaria adecuada es de 50 a 200 µg/día.

● La selenocisteína es la forma biológicamente activa del selenio. Está presente en proteínas como:glutatión peroxidasa, tiroxina-5-desyodasa y selenoproteína P.

- Funciones: ● Constituyente de la enzima glutatión peroxidasa, cuya presencia en el hematíe protege de lesionesoxidativas producidas por el peróxido de hidrógeno y otros peróxidos.

Ojo La enzima glutatión peroxidasa en células fagocíticas, leucocitos y macrófagosayuda a proteger a la célula de la acción de los peróxidos durante la destrucción desustancias extrañas.

● Está implicado en el metabolismo de las hormonas tiroideas, como constituyente de la enzima tiroxina-

5-desyodasa.● Además, forma parte de la proteína del plasma selenoproteína P, que es una proteína transportadora deselenio y una enzima extracelular de defensa contra la oxidación.

● El selenio también participa en la síntesis de ubiquinona.

● Es necesario para el crecimiento de los broblastos humanos y otras células en los cultivos de tejidos.

Défcit de selenio

● Puede originar la enfermedad de Keshan → Necrosis miocárdica múltiple y reducción del contenidosérico de selenio.

● En los pacientes con alimentación parenteral se han visto cuadros de disfunción muscular por décit de

selenio.

Exceso de selenio

● Un signo temprano de intoxicación por selenio es un aliento a ajo causado por la inhalación dedimetilselenuro.

● Pérdida de pelo, dermatitis e irritabilidad.

e) Molibdeno

● El contenido de molibdeno de los alimentos depende mucho del tipo de suelo en el que se han desarrolladolos productos alimenticios.

● La ingestión diaria óptima se estima entre 0,15-0,5 mg/día.

● Entre un 25-80% del molibdeno ingerido se absorbe en el estómago y en el intestino.● El órgano con la mayor cantidad de molibdeno es el hígado.

● La vía principal de eliminación es renal.

- Funciones:

- Es un constituyente fundamental de 3 enzimas:

XANTINA OXIDASA → Enzima que participa en el catabolismo de las bases púricas hasta ácido úrico.

ALDEHÍDO OXIDASA → Enzima que cataliza la oxidación de los aldehídos.

SULFITO OXIDASA → Cataliza la oxidación de sultos a sulfatos.

f) Níquel● Los requerimientos diarios son de 150 ng/día.




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● Se absorbe a través del intestino por un proceso dependiente de energía.

● El níquel está presente en cantidades ínmas en los tejidos humanos y se excreta por la orina.

- Funciones:

- Facilita la absorción del ión férrico.

- Activa la arginasa hepática.

- Participa en el mantenimiento de las membranas celulares.

g) Silicio

● Los requerimientos diarios oscilan entre 5-20 mg/día.

● La mayor parte del silicio del organismo está en el tejido conjuntivo.

- Funciones:

- Contribuye a la arquitectura y resistencia del tejido conjuntivo.

- Participa en la calcicación del hueso (se localiza en la zona de crecimiento activo del hueso, asociadocon glucosaminoglucanos, y afecta a la composición de la matriz del cartílago).

- Actúa como agente entrecruzador de macromoléculas como la glucoproteína fosforilada o la osteonectina.

Exceso de silicio

● La inhalación crónica de silicio en forma de sílice produce neumopatías.

h) Vanadio

● Los requerimientos diarios son inferiores a 10 ng/día.

● La mayoría del vanadio ingerido (85%) no se absorbe, se excreta en las heces.

- Funciones:

- Es posible que sea necesario para la actividad de la peroxidasa tiroidea.

- Presenta acción mimética con algunos factores de crecimiento: factor de crecimiento epidérmico o factor

de crecimiento de broblastos.- El vanadio estimula “in vitro” la proliferación de células óseas y la síntesis de colágeno y aumenta lasíntesis de proteoglucanos.

4. ELEMENTOS TRAZA TÓXICOS O CONTAMINANTES

a) Arsénico

● Es un elemento traza posiblemente esencial.

● Los pescados y mariscos contienen cantidades altas de arsénico.

- Funciones:- Afecta a la conversión de metionina en taurina y poliaminas.

- Está implicado en la metilación de biomoléculas como las histonas.

Efectos tóxicos:

● La exposición crónica incrementa la frecuencia de carcinoma pulmonar de células escamosas y decánceres cutáneos.

● Se conocen 3 formas tóxicas:

a) Forma pentavalente o arseniato: semejante al fosfato en cuanto a su estructura y reactividad. En lareacción glucolítica catalizada por la gliceraldehído-3P-dh, el arseniato puede reemplazar al fosfato,inhibiendo la síntesis neta de ATP (no se forma 1,3 BPG).

b) Forma trivalente o arsenito: forma un complejo estable con el ácido lipoico ligado a la enzima (el ácido




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lipoico actúa como coenzima de ciertas enzimas como la piruvato deshidrogenasa). Este mecanismoes el que opera en el envenenamiento por arsénico.

c) Arsina: compuesto gaseoso.

b) Boro

● Es un elemento traza posiblemente esencial.

- Funciones:

- Forma complejos con compuestos orgánicos que contienen grupos hidroxilo adyacentes y en cis, comolos fosfoinosítidos y los glucolípidos de membrana. De este modo mantiene la estabilidad de la membranacelular.- Inuye en la recepción hormonal y en la transducción de señales.

Défcit de boro

● Una dieta deficiente puede disminuir las concentraciones séricas de 25-hidroxicolecalciferol, deceruloplasmina y de superóxido dismutasa eritrocitaria.

Efectos tóxicos: erupciones en la piel, vómitos, dolor de cabeza e hipotensión.

5. MÉTODOS DE CUANTIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS TRAZA

● Los elementos traza se cuantican mediante espectroscopía de absorción atómica en lámpara decátodo hueco. Puede ser de 2 tipos:

- De llama.

- Electrotérmica.

● Para la cuanticación de metales tóxicos, además de la absorción atómica, también se puede utilizar:

1. La espectroscopía de emisión atómica de plasma acoplado por inducción.2. Espectrometría de masas con plasma acoplado por inducción.




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2. EL AGUA Y SUS PROPIEDADES● El agua es la sustancia más abundante en los sistemas vivos, representando más del 70% del peso dela mayoría de los organismos.

1. ESTRUCTURA MOLECULAR

● La molécula de agua está formada por 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno. ● Cada átomo de hidrógeno forma un enlace covalente con el átomo de oxígeno.

● El agua tiene una geometría tetraédrica debido a que los orbitales del átomo de oxígeno presentanhibridación sp3. El ángulo del enlace H-O-H es de 104,5º.

● El oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno; los electrones compartidos se sitúan más cerca delátomo de oxígeno (atrae electrones más fuertemente). Por tanto, aunque la molécula de agua presentacarga total neutra, esta distribución asimétrica de los electrones genera dipolos eléctricos lo que hace queel agua se comporte como una molécula polar .

● La atracción electrostática entre el átomo de oxígeno de una molécula de agua y el átomo de hidrógeno

de otra es la responsable de la formación de puentes de hidrógeno:

a) Enlace débil.

b) Dinámico: lo que conere gran cohesión interna → “Agrupaciones uctuantes”.

c) Se pueden establecer puentes de hidrógeno con otras estructuras químicas (Ej. Proteínas o ácidosnucleicos) lo que proporciona la base para la estabilidad estructural.

d) Cada molécula de agua forma hasta 4 enlaces de hidrógeno con otras cuatro moléculas de agua.

Estructura del agua y del hielo Enlaces de hidrógeno en el hielo

● Gran parte de las propiedades del agua derivan de su gran polaridad y de su capacidad para

formar puentes de hidrógeno.




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PROPIEDADES DEL AGUA

► Líquida a temperatura ambiente: es el único hidruro líquido a Tª ambiente► En el hielo las moléculas de agua forman una “estructura reticular regular” , de densidad

inferior al agua en estado líquido► Punto de fusión elevado: cuando se funde el hielo se absorbe calor. Se necesitará mucha energía

térmica para romper los puentes de H en el hielo► Punto de ebullición elevado: se requiere la rotura de 3 enlaces de H para que el agua pase de

estado líquido a estado vapor ► El agua es un buen disolvente: las sustancias que se disuelven fácilmente en agua: HIDRÓFILAS► Capacidad de disociación en sus iones: sustancia ANFÓTERA► Elevada constante dieléctrica► Elevada tensión supercial: medida de cohesión existente entre las moléculas de la supercie de

los líquidos► Elevado calor especíco y calor de vaporización

► Alta conductividad térmica

Recuerda Sustancia ANFÓTERA: Sustancia que se puede comportar como ácido o comobase.

CALOR ESPECÍFICO: Calor necesario para elevar la temperatura de 1g de líqui-

do 1ºC.CALOR DE VAPORIZACIÓN: Calor necesario para vaporizar 1g de agua en es-tado líquido (=536 calorías).CONSTANTE DIELÉCTRICA: Es una medida de la capacidad de un solventepara mantener separadas las cargas opuestas.

2. IONIZACIÓN Y PRODUCTO IÓNICO

● El agua es una molécula esencialmente neutra pero con capacidad de ionizarse comportándose comoácido o base débil (sustancia anfótera).

● Una molécula de agua puede transferir un protón a otra molécula de agua para formar un ión hidronio yun ión hidroxilo: el agua es el donador y aceptor de protones al mismo tiempo.

● Las reacciones ácido-base en disolución acuosa son muy rápidas: los protones tienen muchamovilidad y las cargas saltan de una molécula de agua a otra en 10-15segundos.

● El grado de ionización del agua viene expresado por la constante de equilibrio, Keq , que dene lacomposición de la mezcla nal en el equilibrio, independientemente de las cantidades iniciales de reactivosy productos.




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● El producto iónico del agua es Kw = [H+] [OH-]. A 25ºC el Kw es 10-14 M2. Tanto la concentración de H+ como la de OH- es 10-7.

● A partir del producto iónico del agua se denió el pH como el logaritmo negativo de la concentración de H+.

pH = -log [H+]

● Cuando las concentraciones de iones hidrogeniones y de iones hidroxilo son las mismas se dice que elpH es neutro (=7).

En una disolución:

- A mayor [H+], menor pH, DISOLUCIÓN MÁS ÁCIDA.

- A menor [H+], mayor pH, DISOLUCIÓN MÁS BÁSICA.




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3. GLÚCIDOS O HIDRATOS DE CARBONO● Los glúcidos son las biomoléculas más abundantes de la Tierra.

● Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas, o sustancias cuya hidrólisis da lugar a estos compuestos.

● Muchos de ellos contienen carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno y responden a la fórmulaestequiométrica (CH

2O)

n.

● Existen 3 clases principales de glúcidos según su tamaño:a) Monosacáridos o azúcares simples → Una sola unidad de polihidroxialdehído o cetona.

b) Oligosacáridos → Consisten en cadenas cortas de unidades de monosacárido. Los más abundantesson los disacáridos.

c) Polisacáridos → Polímeros que contienen múltiples unidades de monosacáridos.

MONOSACÁRIDOS● Son los azúcares más simples.

● Son sólidos incoloros y cristalinos, solubles en agua e insolubles en disolventes no polares.

● Son polihidroxialdehídos o polihidroxicetonas. Responden a la fórmula empírica (CH2O)n , donde n(número de átomos de carbono) = 3-7; por lo tanto, el monosacárido de menor tamaño es una triosa.

● Los monosacáridos más abundantes en la célula son las pentosas y las hexosas. El más abundanteen la naturaleza es la D-glucosa, también llamado dextrosa.

● Los monosacáridos se clasican atendiendo a la posición de su grupo carbonilo:

- Aldosas: grupo aldehído.

- Cetosas: grupo cetona.

Fórmula general de la aldosa y de la cetosa

Aldosas

● Nomenclatura: -OSAS: tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas.● L o D.

● La aldosa más sencilla es el GLICERALDEHÍDO.

Cetosas● Nomenclatura: -OSAS: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas y heptosas.

● L o D.

● La cetosa más sencilla es la DIHIDROXIACETONA.

La glucosa es una aldohexosa y la fructosa (levulosa) es una cetohexosa. La ribosa y la 2-desoxirribosason aldopentosas constituyentes de los ácidos nucleicos.




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Clasicación de las aldosas

Clasicación de las cetosas




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1. PROPIEDADES ÓPTICAS DE LOS MONOSACÁRIDOS

● Los monosacáridos presentan isomería y todos poseen al menos un carbono quiral, excepto ladihidroxiacetona. El gliceraldehído solo tiene un carbono quiral.

Recuerda Isómeros: Compuestos que, con igual fórmula molecular, presentan estructurasmoleculares distintas.

Estereoisómeros: Compuestos que tienen la misma fórmula estructural pero di-ferente conguración espacial. La presencia de carbonos asimétricos determina lapresencia de estereoisomería. Tipos de estereisómeros: enantiómeros y diastereó-meros.Carbono quiral o asimétrico: Es el carbono que está constituido por cuatro sus-tituyentes distintos.Actividad óptica: Es la capacidad de una sustancia quiral para rotar el plano de la

luz polarizada.

Estructura de las triosas

● Los esteroisómeros que son imagénes especulares no superponibles el uno del otro se denominanENANTIÓMEROS, se designan como L o D.

Isómeros ópticos del gliceraldehído

Nota. D: -OH a la derecha y L: -OH a la izquierda




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● El número de estereoisómeros para un monosacárido es igual a 2n, siendo n el númerode carbonos quirales. Ej. El gliceraldehído tiene un carbono quiral por lo que tendrá solamente 2estereoisómeros posibles: L-gliceraldehído y D-gliceraldehído.

● Para monosacáridos con más de un carbono quiral, la nomenclatura L o D se establece atendiendo ala orientación del -OH del carbono quiral más alejado del grupo carbonilo (esta denominación no indicala dirección de desviación del plano de luz polarizada, D no es “dextro” ni L es “levo”).

Recuerda Para representar de forma más compacta la estructura tridimensional de los azú-cares se emplea la “proyección de Fisher”→ Los enlaces horizontales se dirigenhacia el lector y los verticales, hacia atrás.

Representación de los esteroisómeros del gliceraldehído

● Los esteroisómeros que no son imágenes especulares se denominan DIASTEREÓMEROS y aquellosdiastereómeros que dieran tan solo en la conguración alrededor de un átomo de carbono asimétricose denominan EPÍMEROS.

Diferentes isómeros y epímeros de la D- glucosa

● La D-glucosa y la D-manosa son epímeros en el C-2 y la D-galactosa y la D-glucosa son epímeros enel C-4.

● En la naturaleza la mayor parte de los enantiómeros son D. Aunque algunos azúcares se encuentranen la naturaleza en forma L. Ej. L-arabinosa.




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2. ESTRUCTURA CÍCLICA DE LOS MONOSACÁRIDOS

● Todos los monosacáridos de 5 o más átomos de carbono (y las aldotetrosas, aunque rara vez), endisolución acuosa, forman un enlace covalente entre el grupo carbonilo y el oxígeno de un grupo hidroxilode su misma molécula (enlace hemiacetal o hemicetal), adoptando una estructura cíclica o en anillo queproporciona un carbono quiral adicional. Esto da lugar a 2 posibles conguraciones o isómeros.

Reacción hemiacetal y hemicetal

● Este nuevo carbono quiral se llama CARBONO ANOMÉRICO.

● Las formas isoméricas de los monosacáridos que dieren entre sí únicamente en la conguraciónalredededor del carbono anomérico se denominan ANÓMEROS.

● Los 2 anómeros se designan como α y β y se diferencian en la disposición del grupo -OH del carbonoanomérico:

- Si el -OH está en el lado opuesto del plano respecto al CH2OH: anómero α (-OH debajo del plano).

- Si el -OH está en el mismo lado del plano respecto al CH2OH: anómero β (-OH por encima del plano).

El carbono anomérico en aldosas es el C-1 y en cetosas es el C-2.

● En solución acuosa estos 2 anómeros (α y β) se interconvierten llegando al equilibrio mediante unproceso llamado MUTARROTACIÓN.

● Una mezcla de α-D-glucosa y β-D-glucosa en el equilibrio está formada por 2/3 de α-D-glucosa y 1/3de β-D-glucosa.

Formas cicladas de la glucosa y fructosa

Ojo




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● Formas cicladas:

- Las aldosas de 6 C: PIRANOSAS (ciclo de 6 vértices): conformación silla (más estable) o bote(menos estable).

- Las cetosas de 6 C y las aldosas de 5 C: FURANOSAS (ciclo de 5 vértices).

● La fórmula de proyección de Haworth se utiliza para representar la estructura cíclica de unmonosacárido, aunque las fórmulas conformacionales son representaciones más exactas de laestructura de los monosacáridos. La disposición de los grupos hidroxilo por debajo del plano en laproyección de Haworth se corresponde con la posición a la derecha en las proyecciones de Fisher.

Recuerda Los anillos saturados de 5 ó 6 C no son planos y se pueden plegar fuera del planode formas diferentes originando isómeros conformacionales (moléculas con lamisma conguración estereoquímica y diferente conformación tridimensional).

Mutarrotación representada mediante la proyección de Haworth

Ojo NO ES LO MISMO CONFIGURACIÓN QUE CONFORMACIÓN. Para que unamolécula cambie de conguración se debe romper alguno de sus enlaces covalen-tes (pasar de un enantiómero a otro); sin embargo, para pasar de una conforma -

ción a otra no es necesario romper ningún enlace covalente, son modicaciones dela molécula en el espacio.

Conformaciones de la β-D- glucopiranosa




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3. DERIVADOS DE LOS MONOSACÁRIDOS

● Los monosacáridos pueden sufrir modicaciones en sus grupos funcionales (grupos hidroxilo, ceto,aldehído, hemiacetal o hemicetal) y ésto les proporciona nuevas funciones biológicas.

a) Derivados por oxidación● Si la oxidación se produce en un grupo aldehído, convirtiéndose en grupo carboxilo, se genera un

ácido aldónico. Ej. Ácido glucónico o gluconato (oxidación del C-1 de la glucosa).● Si la oxidación la sufre un alcohol primario de las aldosas (C-6) se genera un ácido urónico. Ej. Ácidoglucurónico en el caso de la glucosa (oxidación de la UDP-glucosa).

● La oxidación del aldehído y del alcohol (CH2OH) origina un ácido aldárico. Ej. Ácido glucárico.

Productos de la oxidación de la glucosa

● Los grupos carbonilos de los ácidos aldónicos y urónicos pueden reaccionar con un grupo-OH de lamisma molécula originando un forma ciclada estérica conocida como LACTONA. Ej. Vitamina C oácido ascórbico.

Estructura de algunos derivados de los monosacáridos

Recuerda El ácido glucurónico se conjuga con ciertos compuestos haciéndolos más solublesy favoreciendo su excreción en bilis y en orina. Además forma parte de algunos

polisacáridos, como el ácido hialurónico.

Ojo La capacidad de ser oxidados hace que los monosacáridos tengan poderreductor . Podrán ser oxidados por agentes oxidantes suaves como el ión cúprico(Cu2+), que formará un ácido aldónico → Reacción Fehling-Benedict.




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Los azúcares como agentes reductores

b) Derivados por reducción● La reducción de los grupos aldehídos y cetonas de los monosacáridos origina grupos alcohol:ALDITOLES. Ej. Glicerol (reducción del gliceraldehído o de la DHA), D-sorbitol (proviene de la reducciónde la D-glucosa en el C-1 o de la reducción de la D-fructosa) o el D-manitol (reducción de manosa).

Derivados de los monosacáridos por reducción

● Cuando el sorbitol (D-glucitol) se acumula en el cristalino en personas diabéticas puede dar lugar a la

formación de cataratas.

● Otra forma reducida de los monosacáridos son los desoxiazúcares, donde se ha sustituido un grupo-OH por un -H. El más importante es la β-2-desoxirribosa, presente en los nucleótidos.

c) Derivados por estericación

● Los grupos hidroxilos de los monosacáridos se unen mediante enlaces éster al ácido fosfórico, formandolos azúcares fosfato, de gran importancia por su contenido energético. Además, uno de los efectos de lafosforilación es su retención en el interior de las células.

● Ej. Glucosa 6-P, gliceraldehído 3-P: intermediarios en la ruta oxidativa de la glucosa. Ribosa 5-P: intermediario en la ruta de las pentosas fosfato y participa en la síntesis de ácidos nucleicos.

Manosa 5-P: marcador de destino lisosomal en las glucoproteínas.

● En esta reacción se produce la transferencia de un grupo fosforilo catalizada por las enzimas quinasas.

d) Formación de aminoazúcares

● Los aminoazúcares se generan por sustitución del grupo -OH del C-2 de un monosacárido por unaamina (-NH

2).

● Dos aminoazúcares aparecen frecuentemente en los polisacáridos: D-glucosamina yD-galactosamina. Estas aminas se pueden acetilar para formar, por ejemplo, la N-acetilglucosamina.




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● Otro derivado aminado importante es el N-acetilmurámico, que es un aminoazúcar formado por unácido láctico unido mediante enlace éter al C-3 del azúcar N-acetil glucosamina. Es un componente dela pared celular bacteriana.

● Otro compuesto aminado es el ácido N-acetilneuramínico (NANA), que es una cetosa de 9 Cresultante de la condensación de ácido pirúvico (3 C) ymanosamina (6 C). Es un tipo de ácido siálico y forma parte de glucolípidos y glucoconjugados de membrana.

NANA

e) Isomerización aldosa-cetosa● La transformación de aldosa en cetosa (Ej. D-glucosa en D-fructosa) implica un desplazamiento

intramolecular de un átomo de hidrógeno y una nueva disposición de un doble enlace.● El intermediario formado durante esta reacción de isomerización se denomina ENEDIOL.

f) Formación de iminas● Consiste en la reacción de un aldehído o una cetona con una amina primaria (Ej. Un aminoácido)para formar una IMINA (CH=N).

● La reacción que tiene lugar es la reacción de Maillard (glucosilación no enzimática de proteínas):se produce entre los grupos amino de las proteínas y los azúcares reductores al calentar los alimentos.También se conoce como “oscurecimiento no enzimático”.

g) Formación de furfurales

● En medio ácido y aplicando calor las pentosas y hexosas sufren deshidratación, transformándose enFURFURALES (anhidro-glúcidos), que pueden condensarse con otras moléculas dando compuestoscoloreados. Cuando se condensan con el naftol se forma un complejo rojo-violeta: reacción deMolish.




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PENTOSAS DE IMPORTANCIA FISIOLÓGICA

AZÚCAR FUENTE IMPORTANCIA BIOQUÍMICA

D-Ribosa(Aldopentosa)

D-Ribulosa(Cetopentosa)

D-Arabinosa(Aldopentosa)

D-Xilosa(Aldopentosa)

D-Lixosa

(Aldopentosa)

L-Xilulosa(Cetopentosa)

Ácidos nucleicos

Formada en los procesos

metabólicos

Goma arábiga y gomas de la

ciruela y de la cereza

Gomas vegetales, peptidoglucanos

y glucosaminoglucanos

Músculo cardiaco

Intermediario en la vía del ácido

urónico

Elementos estructurales delos ácidos nucleicos y de lascoenzimas como: ATP, NAD+,NADP+, avoproteínas.Los fosfatos de ribosa sonintermediarios de la ruta delas pentosas fosfato

Intermediario en la ruta de las

pentosas fosfato

Constituyente de glucoproteínas


Constituyente de la lixoavina

del músculo cardiaco

Intermediario en la vía del ácido

urónico

AZÚCAR FUENTE IMPORTANCIA

HEXOSAS DE IMPORTANCIA FISIOLÓGICA

Jugos de frutas. Hidrólisisdel almidón, el azúcar de caña,

la maltosa y la lactosa

Jugos de frutas. Miel. Hidrólisis

del azúcar de caña

Hidrólisis de la lactosa

Hidrólisis del maná y gomas

vegetales

Constituye el “azúcar” delorganismo. Es el azúcar que

transporta la sangre y el queprincipalmente usan los tejidos

El hígado y el intestino puedenconvertirla en glucosa para quesea utilizada por el organismo

El hígado puede transformarlaen glucosa. Es sintetizada porlas glándulas mamarias paraformar la lactosa de la leche.Es constituyente de glucolípidosy glucoproteínas


D-Glucosa

(Aldohexosa)

D-Fructosa

(Cetohexosa)

D-Galactosa

(Aldohexosa)

D-Manosa

(Aldohexosa)

HOLÓSIDOSConstituidos por unidades sucesivas de monosacáridos.

1. OLIGOSACÁRIDOS (2-20 MONOSACÁRIDOS)

● Los oligosacáridos de mayor importancia biológica son los DISACÁRIDOS (2 monosacáridos).




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a) Enlace glucosídico● Los monosacáridos se unen entre sí de forma covalente mediante un enlace O-glucosídico que seforma entre un grupo hidroxilo de un azúcar y el carbono anomérico del otro, eliminándose una moléculade agua. Esta reacción da lugar a la formación de un enlace acetal.

● Los enlaces glucosídicos se hidrolizan con facilidad en presencia de ácidos pero son resistentes a lahidrólisis básica.

● Los enlaces N-glucosídicos unen el carbono anomérico de un azúcar con un átomo de nitrógeno,como ocurre en los nucleótidos y en las glucoproteínas.

● También existen enlaces S-glucosídicos en algunas glucoproteínas en las que hay aminoácidos

azufrados.

Enlace O-glucosídico y N-glucosídico

b) Disacáridos● Pueden ser reductores o no reductores. Cuando en la formación del enlace O-glucosídico participanlos 2 carbonos anoméricos, el disacárido pierde su poder reductor: sacarosa y trehalosa.

Azúcares no reductores:SACAROSA: α-D-Glucosa + β-D-Fructosa. Enlace (α1↔2β)TREHALOSA: D-Glucosa + D-Glucosa. Enlace α (1→1)

RAFINOSA: Gal+ Glu+ Fru. Enlaces α (1→2) y α (1→6). ¡Trisacárido!

● Cuando el disacárido tiene libre uno de los carbonos anoméricos el azúcar será reductor.

● Los disacáridos más comunes en la naturaleza son los que presentan en su composición D-glucosa.

● Los disacáridos más importantes son:

Lactosa

● D-glucosa + D-galactosa. Enlace β (1→4). Es un azúcar reductor.Es el azucar presente en la leche.

Estructura de la lactosa

● La incapacidad para hidrolizar el enlace β (1→4) debido al décit de la enzima intestinal lactasa originala intolerancia a la lactosa, que se caracteriza por diarrea osmótica y atulencias. La lactosa ingerida

no es hidrolizada en el intestino delgado y pasa al intestino grueso, donde las bacterias la metabolizangenerando productos tóxicos.

Ojo




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● La lactosa es sintetizada en la glándula mamaria por la enzima lactosa sintasa, que está constituidapor 2 subunidades:

- Sc o galactosil transferasa: presente en numerosos tejidos.

- Sm o α -lactoalbúmina: su síntesis es estimulada por la prolactina tras el parto. Solo está presenteen la glándula mamaria.

Sc

UDP-Gal + N-acetilglucosamina→N-acetil lactosamina Sm + Sc

UDP-Gal + Glu→Lac + UDP

Maltosa

● D-glucosa + D-glucosa. Enlace α (1→4). Es un azúcar reductor.

● Es un intermediario de la hidrólisis del almidón.

● También conocido como azúcar de malta.

● Si la unión entre las moléculas de D-glucosa es de tipo β (1→4) el disacárido producido es la celobiosa,que es un producto de degradación del polisacárido celulosa.

Sacarosa● α-D-glucosa + β-D-fructosa. Enlace (α1↔2β). Es un azúcar no reductor.

● Azúcar de caña o azúcar de remolacha.

Estructura de la sacarosa

● La sacarosa se llama “azúcar invertido” porque la hidrólisis de la sacarosa origina un fructosa con unfuerte carácter levorrotatorio e invierte la propiedad dextrorrotatoria de la sacarosa.

2. POLISACÁRIDOS (>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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Homopolisacáridos de reserva

Almidón

● Se encuentra almacenado en las células vegetales constituyendo una fuente energética. Está presenteen 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 enlacesglucosídicos α (1→4), como en la maltosa. Presenta una estructura secundaria en forma de hélice.

Estructura de la amilosa

● Amilopectina (80-85%): polímero de glucosa ramicado que tiene enlaces glucosídicos α (1→4) y

en los puntos de ramicación, enlaces de tipo α (1→6). Existe un punto de ramicación cada 24-

30residuos. En la amilopectina el número de residuos de glucosa puede variar desde unos miles hasta unmillón.

Estructura del almidón

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

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

● Los puntos de ramicación aparecen cada 8-12 residuos.

● El glucógeno es más compacto que el almidón.

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




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Tipos de uniones en el colágeno

● El 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 degránulos de glucógeno (cuya osmolaridad es menor) evita fenómenos osmóticos.

● Cuando el glucógeno se utiliza como forma de energía, las unidades de glucosa son eliminadas porlas enzimas degradativas una a una desde el extremo no reductor, actuando de forma simultánea sobrediferentes 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-glucopira-nosa. La amilopectina y el glucógeno son polímeros ramicados, aunque el glucó-geno está más ramicado 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 ramicaciones α (1→3) y algunos presentan también ramicaciones 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 brosas yleñosas. Es insoluble en agua.

● Es un polímero lineal de unidades de D-glucosa (como la amilosa) unidas por enlaces β (1→4). Estetipo de enlace distinto determina las características estructurales.

● La celulosa se puede encontrar en forma de cadenas extendidas donde cada residuo de glucosapresenta un giro de 180º con respecto al adyacente en la cadena; se forman puentes de hidrógeno intere intramoleculares.




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Estructura de la celulosa

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

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

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 dientede león. Está constituido por unidades de fructosa unidas por enlaces β (2→1).Se utiliza para determinar la velocidad de ltración 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 conenlaces β (1→4) con grupos de sustitución como los glucomananos, entre otros.

Gomas y mucílagos. Son de carácter vegetal.

● Son heteropolisacáridos altamente ramicados. Contienen ácido galacturónico y ácido ramnosogalacturónico.

● 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 unenlace éter entre C-3 y el C-6.

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

ácidos nucleicos en electroforesis.




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● El agar también se utiliza para formar una supercie adecuada para el crecimiento de coloniasbacterianas.

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

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

● Las cadenas paralelas de NAG y NAM presentan entrecruzamientos formados por cadenastetrapeptídicas (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 unaenvoltura resistente que rodea toda la célula, evitando que ésta se hinche y se lise a causa de laentrada 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 losbacteriófagos, donde permite que el fago se libere desde la bacteria huésped.

Estructura del peptidoglucano bacteriano




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Glucosaminoglucanos (GAG). Son de origen animal.

● Son heteropolímeros que coneren una consistencia gelatinosa a la matriz extracelular (mantienenunidas a las células y forman un medio poroso para la difusión de nutrientes y oxígeno).

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

● Algunos glucosaminoglucanos contienen grupos sulfato estericados → Los GAG tienen elevadadensidad de carga negativa debido a los grupos sulfato o carboxilato. Poseen elevado carácter ácidoy 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 másde un 95% de hidratos de carbono. La unión entre la proteína y el azúcar se rea-liza mediante enlaces N u O-glucosídicos.

GAG COMPOSICIÓN FUNCIÓN

TIPOS DE GLUCOSAMINOGLUCANOS

Ácido glucurónico + NAG

Ácido glucurónico + NAGalactosamina-4S

D-Galactosa + NAG-6S

Ácido idurónico + NAGalactosamina-4S

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

GAG más abundante en el humorvítreo del ojo y el líquido sinovial delas articulaciones, donde sirve delubricante

Componente importante del cartílago,tendones, ligamentos y paredes dela aorta

Córnea, cartílago y discosintervertebrales

Piel

Producido por todas las células

animales

Ácido hialurónico

Condroitín sulfato

Queratán sulfato

Dermatán sulfato

Heparán sulfato

Estructura de los glucosaminoglucanos

● La HEPARINA es una forma fraccionada del sulfato de heparán producido en los MASTOCITOS yes un anticoagulante natural: se une a un inhibidor de proteasas, la antitrombina III, potenciando suacción 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 (habitualmenteglucurónico), salvo el queratán sulfato que contiene galactosa.

HETERÓSIDOS (GLCIDO + 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 comoorganizadores tisulares e inuyen en la activación y adhesión del factor del crecimiento.

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

● Los GAG se unen a una secuencia ja de la proteína núcleo a través de un residuo de Ser localizadoen la secuencia tetrapeptídica Ser-Gly-X-Gly (salvo el queratán sulfato que se une a través deAsn; por tanto, único con enlace N-glucosídico).

● La unión se hace a través de la secuencia glucídica (puente trisacárido), Gal-Gal-Xyl (excepto enel 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.

● Algunos proteoglucanos pueden formar agregados como el AGRECÁN: enormes agrupaciones demuchas proteínas núcleo unidas a una sola molécula de ácido hialurónico. Las proteínas núcleo, a suvez, tienen unidas cadenas de queratán sulfato y condroitín sulfato.

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




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Estructura del sindecán y del agrecán

Recuerda Las proteínas brosas de la matriz como el colágeno, la elastina y la bronecti-na, se encuentran entrelazadas con los proteoglucanos extracelulares paraproporcionar resistencia y elasticidad.

2. GLUCOPROTEÍNAS ● Son proteínas que están unidas de forma covalente a hidratos de carbono (cadenas deoligosacáridos cortas) mediante enlaces de tipo N u O-glucosídico. La composición de hidratos decarbono 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 cadenalateral de un residuo de asparagina (Asn), que suele estar formando parte de la secuencia -Asn-X-

Ser/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 secrecionessalivales, que contienen muchos glucanos cortos con enlaces de tipo O-glucosídicos; aumentan laviscosidad de los líquidos en los que están disueltas.

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

Tipos de enlaces glucosídicos

● Las lectinas son proteínas presentes en todos los organismos que se unen a glúcidos mediante

reconocimiento especíco de una porción oligosacarídica de una glucoproteína o un glucolípido demembrana → Actúan en procesos de reconocimiento intracelular, señalización y adhesión celular.




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3. GLUCOLÍPIDOS

● Son lípidos que contienen cadenas de oligosacáridos covalentemente unidas.

● Ej. GANGLIÓSIDOS: Lípidos cuyo grupo de cabeza polar es un oligosacárido complejo quecontiene ácido siálico. LIPOPOLISACÁRIDOS: Son los componentes principales de la membranaexterna de las bacterias gram negativas.

TÉCNICAS DE ANÁLISIS DE GLCIDOS● En glucoproteínas y glucolípidos, la porción glucídica se separa mediante enzimas GLUCOSIDASASO LIPASAS.

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

● Polisacáridos → Hidrólisis enzimática (para producir fragmentos más pequeños o determinar lasecuencia y conguración de los carbonos anoméricos).

● Oligosacáridos sencillos → Espectroscopía de masas.

Recuerda Otros métodos de identicación de azúcares comportan su oxidación a ácidos

aldónicos (el método de Fehling - Benedict utiliza cobre y el de Tollens utilizanitrato 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 enagua y solubles en disolventes apolares, como el éter, el cloroformo o la acetona.

● Sus funciones biológicas son variadas:

COMPOSICIÓN FUNCIÓN

● Almacenamiento y liberación de energía

● Componentes de las membranascelulares

● Amortiguador mecánico y aislante térmico

● Aislante eléctrico

● Función de señal: hormona, mediador,

segundo mensajero

● Anclaje en la membrana

● Cofactor para enzimas

● Pigmento de la visión

● Grasas (TG) y ácidos grasos

● Fosfolípidos, esngolípidos y

colesterol

● Ceras

● Fosfolípidos, esngolípidos

y colesterol

● Hormonas esteroideas,

glicerolípidos, ác. grasos y

eicosanoides

● Ácidos grasos, isoprenoides

● Isoprenoides

● Retinol (vitamina A)

Combustible

Componenteestructural

Aislante

Funcionesespeciales

CLASIFICACIÓN● Se pueden clasicar 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 unalcohol y del ácido graso.

- Fosfolípidos: contienen un residuo de ácido fosfórico. Un tipo son los esngolípidos, que contienen como

alcohol, esngosina.

- Glucolípidos (glucoesngolípidos): contienen ácido graso, esngosina y carbohidratos.

- Otros lípidos complejos. Ej. Lipoproteínas.

c) Lípidos precursores y derivados. Incluyen ácidos grasos, esteroides, glicerol, alcoholes, vitaminasliposolubles y hormonas.

● Se pueden clasicar según su estructura en:

a) Lípidos saponicables: formados por ésteres de ácidos grasos. En presencia de NaOH o KOHforman jabones (saponicación: hidrólisis en presencia de álcali).

- Acilglicéridos (monoacilglicéridos, diacilglicéridos y triacilglicéridos).

- Lípidos complejos (fosfoglicéridos y esngolípidos).

- Lipoproteínas.

- Ceras.




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b) Lípidos no saponicables: 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).

La mayor parte de los ácidos grasos de la naturaleza tienen un número par de átomos de

carbono y forman una cadena sin ramicaciones. Los ácidos grasos poliinsaturados son más

abundantes que los monoinsaturados.

● Los ácidos grasos insaturados pueden encontrarse en 2 conguraciones:

- 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 niveleselevados de LDL y disminuidos de HDL.

Isómeros “cis” y “trans” de moléculas insaturadas

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

- Longitud de la cadena hidrocarbonada: cuanto más larga sea la cadena, menor será la solubilidad enagua y mayor el punto de fusión.

- Insaturación: la presencia de insaturaciones también afecta al punto de fusión, tanto directamente comopor 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 conere gran

exibilidad; 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 lacadena hidrocarbonada, por lo que el empaquetamiento es más débil y se necesita menos energía térmicapara desordenar las moléculas.

● Así: a igual longitud de cadena, los ácidos grasos insaturados tienen un punto de fusión menorque los saturados. Por eso, a temperatura ambiente, los ácidos grasos saturados tienen consistenciasólida (cérea) mientras que los insaturados tienen consistencia líquida.

● El empaquetamiento de los ácidos grasos depende, por tanto, de las insaturaciones y también, de lapresencia de ramicaciones en las cadenas hidrocarbonadas.

Recuerda Las longitudes cortas, las ramicaciones y las insaturaciones → < punto de fu-

sión, > solubilidad en agua y > uidez de membrana (la uidez está determina-da en parte por el % de AG insaturados de los fosfolípidos).

Recuerda




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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 siológico se encuentran en forma aniónica (RCOO-). La carga del grupo carboxílico aporta ciertocarácter hidrofílico (cabeza polar) a la molécula mientras que las colas hidrocarbonadas son hidrófobas(colas apolares). En consecuencia, los ácidos grasos se comportan como sustancias anpáticas. Enpresencia de agua forman MICELAS (las colas hidrocarbonadas se agrupan juntas hacia el interior y lascabezas 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)




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● 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) C18

Δ9

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 elnúmero 1.

● Los dobles enlaces de los ácidos grasos poliinsaturados casi nunca son conjugados sino que estánseparados 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 elα-linolénico en mamíferos.

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

● 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 delos fosfoglicéridos).

Recuerda La liberación del ácido araquidónico de la membrana es el paso limitante de la ve-locidad de síntesis de eicosanoides.

LÍPIDOS SAPONIFICABLES

1. ACILGLICÉRIDOS

● Son ésteres de glicerol y ácidos grasos. Una molécula de glicerol puede estericarse 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 esterica con 1 ácido graso. Se libera una molécula de agua.




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b) Diacilglicéridos. Cuando el glicerol se esterica 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”.

● La 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 senombran según el ácido graso que contienen. Ej. Tripalmitina, triestearina o trioleína.

● 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 almacenamientode energía más ecaz 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 insa-turados, de ahí su consistencia líquida. El fenómeno de hidrogenación parcial enlos aceites vegetales convierte gran parte de los enlaces “cis” en “trans”; la inges-

tión de ácidos grasos “trans” favorece la aparición de enfermedades cardiovascu-lares, 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.




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3. FOSFOGLICÉRIDOS (FOSFOACILGLICÉRIDOS, GLICEROFOSFOLÍPIDOS)

● Son la principal clase de fosfolípidos. El fosfoglicérido más sencillo es el ácido fosfatídico (1,2-DAG3-P) y todos los demás fosfoglicéridos derivan de él.

● Son lípidos de membrana formados por:

- 1 molécula de glicerol.

- 2 ácidos grasos estericando 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 grupofosfato lo convierte en un compuesto quiral, que se denomina sn-glicerol-3-P.

Estructura del glicerol-3-fosfato




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

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

● 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 elmúsculo 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 basólos y estimula

la agregación plaquetaria, la liberación de serotonina y presenta un papel importante en la inamación y

en la respuesta alérgica.

Lípidos con enlace tipo éter

Recuerda Además de la carga negativa del residuo de fosfato, algunos fosfolípidos tienen otracarga → La fosfatidilcolina (lecitina) y la fosfatidiletanolamina (cefalina) tienen unacarga positiva en el átomo de nitrógeno del aminoalcohol por lo que la carga netaes cero: son fosfolípidos neutros. La fosfatidilserina, el fosfatidilinositol y la cardio-lipina 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 IP 3




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- Cuando un ligando se une a un receptor ligado a proteína G en la membrana, se activa una fosfolipasa Cque hidroliza el fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato localizado en el lado citoplásmico. Se generan 2 compuestosque actúan de mensajeros intracelulares: inositol-1,4,5-trifosfato (IP

3) 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 laproteína 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, elcalcio se une a la calmodulina, provocando un cambio conformacional que hace que aumente la anidad

de ésta por diversas proteínas reguladoras, modulando sus actividades.

Recuerda Existe un grupo de compuestos conocidos como promotores tumorales que sonlos ÉSTERES DE FORBOL; estos compuestos mimetizan al DAG y activan de

forma potente la PKC, interriendo 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 esngosina unida al ácido graso por enlace amida forma la CERAMIDA → Unidad estructuralfuncional común de todos los esngolípidos.

Estructura de un esngolípido

● Los diferentes tipos de esngolípidos dieren en su grupo de cabeza polar:

a) Esngomielinas

● Contienen fosfocolina o fosfoetanolamina, por lo que también son fosfolípidos.

● Se encuentran en las membranas plasmáticas de las células animales y son especialmente abundantesen la vaina de mielina.

b) Glucoesngolípidos

● Poseen uno o más azúcares conectados al -OH en C-1 de la porción ceramida (siempre la unión delgrupo polar es igual en todos los esngolípidos).

● NO TIENEN FOSFATO.

● Dentro de este grupo tenemos tres clases:

Cerebrósidos

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




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● Los cerebrósidos se pueden sulfatar y entonces reciben el nombre de SULFÁTIDOS (a pH=7 estáncargados 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 poroligosacáridos y uno o varios residuos del ácido siálico NANA (que aportan carga neta negativa). Losgangliósidos se concentran en la supercie exterior de las células. Se encuentran en elevada concentración

en las células del tejido nervioso.

● Algunas de sus funciones son actuar como receptores especícos para funciones siológicas importantes,

o como receptores de determinadas toxinas proteicas de origen bacteriano, como la toxina colérica. Además, la porción glucídica de ciertos esngolípidos dene 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 esngolípidos se degradan en los LISOSOMAS. Un defecto

genético en cualquiera de las enzimas encargadas de la degradación de éstoslleva a su acumulación en los lisosomas. Ej. Enfermedad de Tay-Sachs o gan-gliosidosis GM

2, debida a la deciencia de la enzima N-acetilhexosaminidasa A

que degrada el gangliósido GM2.

Lípidos de membrana




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LÍPIDOS INSAPONIFICABLESNO 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 isopentenilpirofosfato 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 (HMG-CoA 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 clasican 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 xantólas 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. Tambiénla ubiquinona o coenzima Q, que participa en la cadena respiratoria mitocondrial. Otro compuestopoilisoprenoide es el dolicol, que participa en la síntesis de glucoproteínas transriendo residuos de

carbohidrato a residuos de asparagina del polipéptido (N-glucosilación proteica).




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b) Esteroides

● Son derivados complejos de los triterpenos. Derivan de una estructura casi plana con cuatro anillosfusionados: 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 ycarboxilo. 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 ramicada unida al C-17. Posee un doble enlace en

posición 5-6. Tiene 27 C.

Estructura del colesterol

- El colesterol es débilmente anpático debido al grupo hidroxilo del C-3.

- Es un componente esencial de las membranas plasmáticas que regula su uidez: a mayor contenidode 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 sangreestá 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 máspolares que el colesterol por tener varios grupos -OH. Los ácidos biliares primarios formados en elhígado 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 yácido desoxicólico. Se conjugan con aminoácidos como glicina o taurina para originar las sales biliares.




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Ácidos biliares

Hormonas esteroideas

TIPOS DE HORMONAS ESTEROIDEAS FUNCIÓN

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

► Regulan la excreción de sal y aguapor los riñones

► Desarrollo y función sexual

► Desarrollo y función sexual

► Ciclo menstrual y embarazo

► Regula el metabolismo del calcio

► Glucocorticoides: cortisol (21 C)

► Mineralocorticoides: aldosterona (21 C)

► Andrógenos: testosterona (19 C)

► Estrógenos: estradiol (18 C)

► Progestágenos: progesterona (21 C)

► Vitamina D (27 C)

Tipos de hormonas esteroideas

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




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● Glucocorticoides (21 C): CORTISOL

- Tiene efectos sobre casi todos los tejidos del organismo:

1) Metabolismo de glúcidos → Produce hiperglucemia, estimula la glucogenogénesis hepática y lagluconeogénesis. 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 aminoácidossanguíneos.

4) Inhibición del sistema inmunitario → El cortisol induce la síntesis de una proteína denominada lipocortina,que inhibe la actividad de la fosfolipasa A

2, por lo que se bloquea la liberación de ácido araquidónico. Esto

hace que la acción del cortisol sea más amplia que la de otros antinamatorios no esteroideos. Además,

inhibe la liberación de histamina por las células cebadas y los basólos, la formación de brina alrededor

del área inamada 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 nivelesde 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 lacorteza 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 caracteressexuales 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.

- Hipertroa 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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● 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 es-trona y del estradiol en el ovario. La estrona es el estrógeno predominante des-pués de la menopausia (procede principalmente de la conversión periférica de laandrostendiona producida en las células tecales ováricas o en las glándulas supra-rrenales, o del propio estradiol).

FUNCIONES DE LOS ESTRÓGENOS

► Desarrollo de los caracteres sexuales secundarios: crecimiento mamario, redistribución dela 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: efectoantiaterogénico. 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 delcolesterol.

- 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 capacidadsecretora del endometrio uterino durante la segunda mitad del ciclo sexual femenino, preparando así alútero 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 losesteroles insaturados, como el ergosterol y el 7-dehidrocolesterol (epidermis y dermis). Los 2 compuestosmás importantes con actividad vitamínica son el colecalciferol o vit D

3 y el ergocalciferol o vit D

2. Los

derivados hidroxilados de la vit D son las formas metabólicamente activas.- La vitamina D

3 o colecalciferol deriva del colesterol.

- Tanto la vitamina D3 originada en la piel como las D

2 y D

3 procedentes de los alimentos pasan a la

circulación. En el hígado son hidroxiladas por una enzima 25-hidroxilasa localizada en los microsomasy 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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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 losERITROCITOS. 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 pertenecena la serie E tienen un grupo ceto en C-9 y las que forman parte de la serie F tienen un grupo -OH en lamisma 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 serhumano.




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● Actúan regulando la síntesis del mensajero intracelular AMPc.

Recuerda Las prostaglandinas de la serie 1 derivan del ácido eicosatrienoico y las de la serie3 derivan del ácido eicosapentaenoico.

NOMBRE GRUPOS SUSTITUYENTES

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

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

Tipos de prostaglandinas

● Las prostaglandinas de la serie 2 se sintetizan por acción del complejo enzimático PROSTAGLANDINASINTASA 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 PGH2a partir de PGG

2. La PGH

2 es la precursora de las

prostaglandinas y de los tromboxanos.

FUNCIONES DE LAS PROSTAGLANDINAS

► Median la respuesta inamatoria y ebre. La PGE2 tiene efecto pirógeno► Participan en el aumento de las contracciones uterinas del músculo liso durante el parto

(PGE2 y PGF

2)

► Inhiben la secreción gástrica (PGE2)

► Previenen la hipertensión, produciendo vasodilatación (PGE2y PGI

2)

► Inhiben la coagulación y la agregación plaquetaria (PGI2)

● La acción de las prostaglandinas puede diferir en función del tejido ya que sus receptores son especícos

de tejido.




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b) Tromboxanos (TX)● Son moléculas heterocíclicas, donde el anillo está formado por 5 C y 1 O (función éter). En las plaquetas y en las células pulmonares la TXA

2 sintasa cataliza la transformación de la PGH

2 en TXA

2, que es el

tromboxano biológicamente activo. El TXA2 se hidroliza espontáneamente a la molécula inactiva TXB

2.

FUNCIONES DE LOS TROMBOXANOS

► Actúan en la formación de coágulos sanguíneos

► Reducen el ujo 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 setransforma en 5-HPETE (hidroxiperoxieicosatetraenoico) por acción de la 5-lipooxigenasa; el 5-HPTE pasa

a LTA4 (posee un epóxido), éste a LTC

4 (reacción en la que interviene el glutatión) y posteriormente a LTD

4

(contiene glicina y cisteína). Por eliminación de la glicina se forma el LTE4 (contiene cisteína).

● Poseen 3 dobles enlaces conjugados.

● El LTD4 induce la contracción de las vías aéreas del pulmón. Se han identicado los LTC

4, LTD

4 y LTE

4

como componentes de la sustancia de reacción lenta de analaxia.

ProstaglandinaendoperoxidoE isomerasa

Ácido grasociclooxigenasa

Ácido araquidónico

PGG2

PGE2

PGF2

TXB2

TXA2

PGH2

Peroxidasa

Prostaglandinaendoperoxidoreductasa

TXA2sintasa

Síntesis de eicosanoides




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5. PROTEÍNAS

DEFINICIÓN Y FUNCIÓN● Son moléculas órganicas nitrogenadas complejas; son polímeros lineales de aminoácidos. Se pliegandando 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 lareplicación, 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 lasproteínas.

● 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. Losdistintos α-aminoácidos se distinguen por sus cadenas laterales.

- Con 4 grupos diferentes conectados al carbono α, los α-aminoácidos son compuestos quirales: las 2formas 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 esun átomo de hidrógeno. Hay dos aminoácidos con dos carbonos quirales: treoninae isoleucina. El resto de aminoácidos tienen un solo carbono quiral.

● Los aminoácidos que forman las proteínas son enantiómeros L.

Como excepción, existen formas D enalgunos péptidos que componen las paredes bacterianas.

Estructura de u α-amioácido

Recuerda

Todos los aminóacidos, a pH=7, tienen el grupo amino y el grupo carboxilo ioniza-dos.




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Estereoisomería de los α-amioácidos

1. AMINOÁCIDOS PROTEICOS (α-AMINOÁCIDOS)

a) Aminoácidos codicados● Son los aminoácidos contenidos en el código genético: las proteínas pueden estar formadas por hasta 20aminoácidos diferentes (19 aminoácidos y un iminoácido, la prolina).

● Atendiendo a la polaridad de la cadena lateral, a pH=7, los 20 aminoácidos se pueden clasicar 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.

Amioácidos o 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 tienecontribución real en las interacciones hidrofóbicas (algunas clasicaciones lo incluyen como polar sin carga).

● Val, Leu e Ile: son aminoácidos de cadena lateral ramicada.

● La Met tiene un grupo tioéter apolar en su cadena lateral.

● La Pro es un iminoácido (grupo amino secundario) y por tanto, diere de la estructura general de losα-aa. Tiene una estructura cíclica porque la cadena lateral está enlazada de nuevo con el átomo de Nformando un anillo. Ésto le da una conformación rígida que reduce la exibilidad estructural de las regionespolipeptídicas que contienen este aminoácido.

● El Trp presenta un heterociclo aromático: un anillo indólico. Es el aminoácido menos frecuente en lasproteínas.




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● La Phe (anillo bencénico) y el Trp (anillo indólico) tienen la capacidad de absorber la luz ultravioleta a 280nm debido a sus anillos aromáticos.

Amioácidos polares si carga.

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

● 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 constituyeun 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 débilescon nitrógeno e hidrógeno, lo que le da un carácter polar débil (por lo tanto, está incluido dentro de losaminoácidos polares sin carga).

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

Amioácidos polares co carga egatia (ácidos) y polares co carga positia (básicos).

Tienen cadena lateral ionizable.

● Aminoácidos ácidos: son el ácido aspártico y el ácido glutámico. Presentan un ácido carboxílico en sucadena lateral. Tienen valores de pK

a muy bajos. El aminoácido más ácido es el ácido aspártico.




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● Aminoácidos básicos: llevan grupos básicos en sus cadenas laterales → Son la histidina (imidazol), lalisina (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. Losresiduos 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 clasica como esencial,aunque solo en el periodo de lactancia).

b) Aminoácidos no codicados● Se obtienen por modicaciones post-traduccionales.

AMINOÁCIDOS NO CODIFICADOS LOCALIZACIÓN

► Molécula de colágeno (proteína brosa)

► Molécula de colágeno

► Derivado de cuatro residuos de Lys. Estáen la elastina

► Protrombina y otros factores de coagula-ción vitamina K dependientes. Tiene unagran capacidad para jar calcio

► 4-Hidroxiprolina (4-OH Pro)

► 5-Hidroxilisina (5-OH Lys)

► Desmosina

► γ-Carboxiglutámico

2. AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS

● Están presentes en las células en forma libre o combinada pero nunca formando parte de lasproteínas.

AMINOÁCIDOS NO PROTEICOS FUNCIÓN Y LOCALIZACIÓN

► Precursor del ácido pantoténico (vitB5).

Se incorpora a la vitamina A en forma depanteteína

► Intermediarios de la síntesis de arginina yen el ciclo de la urea

► Neurotransmisor inhibitorio del SNC. Seproduce por la descarboxilación del

glutamato► Sustancia con ligera actividad antitumoral

► Se conjuga con los ácidos biliares en elhígado; procede de la descarboxilacióny oxidación de la cisteína

► Producto nal del metabolismo de laspirimidinas

► β-alanina

► Ornitina y citrulina

► Ácido-γ-aminobutírico (GABA)

► Azaserina

► Taurina

► Ácido-β-aminoisobutírico




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3. PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS

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

● Todos los aminoácidos con cadena lateral no ionizable presentan a pH siológico su grupo aminocargado positivamente y su grupo carboxilo cargado negativamente, es decir, el aminoácido se encuentraen 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 enfunción del pH.

● La forma zwitterion es la especie predominante en el punto isoeléctrico (pI): valor de pH en el que lacarga neta es cero. El aminoácido en este punto no se desplaza en el campo eléctrico (no tiene por quéocurrir a pH=7).

● Para estos aminoácidos sin cadena lateral ionizable el pI es la media aritmética de los 2 valores de pKa

(pK1 y pK

2).

pI: 1/2 (pK1 + pK

2)

Estado de ioizació de u amioácido co cadea lateral o ioizable a distitos pH

● El pKaes una medida de la tendencia de un grupo a ceder un protón: a mayor pK

a, menor tendencia a

ceder un protón.

● Para denir 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 denir

el comportamiento químico del aminoácido en función del pH. Es una herramienta útil para determinar lareactividad 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 vaañadiendo 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 elmedio presenta carga negativa.




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Cura de titulació de la glicia

● Los aminoácidos con cadenas laterales con un grupos R ionizables presentan curvas de titulaciónmás complejas, con 3 valores de pK

a.

● pKabajo: AMINOÁCIDO ÁCIDO.

● pKaalto: AMINOÁCIDO BÁSICO.

● 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 diferetes amioácidos




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

PÉPTIDOS Y ENLACE PEPTÍDICO

● Los aminoácidos se unen de forma covalente mediante un enlace amida sustituido llamado enlacepeptídico.

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

Formació del elace peptídico

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

● Los enlaces peptídicos son híbridos de resonancia y los seis átomos implicados denen un “planopeptídico”.

● La limitación de giro del enlace hace que existan 2 conguraciones posibles: “cis” y ”trans”, aunque en lamayor parte de las proteínas la conguración es “trans” (el hidrógeno del grupo amino y el oxígeno delgrupo carbonilo están en lados opuestos del plano).

● Ejemplo de conguración “cis”: en la molécula de colágeno, en los enlaces peptídicos en los que participala Pro.

Coguració "cis" y "tras" del elace peptídico

● La conformación de un péptido está denida principalmente por 2 ángulos diedros (ángulos de torsión)entre residuos adyacentes a la cadena polipeptídica: Φ () y φ (psi).

- El ángulo Φ () describe la rotación entre N-Cα.

- El ángulo φ (psi) describe la rotación entre Cα-C.

● En principio Φ () 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 () y φ (psi) puedenvisualizarse grácamente en la representación de Ramachandran.




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El grupo peptídico plao y represetació de Ramachadra 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 carboxiloterminales y de las cadenas laterales de los aminoácidos, ya que no participan en la formación del enlacepeptídico. Por tanto, cada polipéptido tiene una curva de titulación característica y un punto isoeléctricodeterminado.

● 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 a10.000) 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.Sítesis

Participan 2 enzimas:

● γ-Glutamilcisteína sintetasa

● Glutatión sintetasa

En el proceso se consumen 2 moléculas de ATP.

Metabolismo del glutatió




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Fucioes:

● Es muy abundante en la mayoría de las células. Participa en procesos biológicos importantes → Síntesisde 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 célulasde los efectos de la oxidación, eliminando los peróxidos de hidrógeno y peróxidos orgánicos generados. Ej.En los hematíes, el H

2O

2 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 H 2O2. Esta reacción estácatalizada por la GLUTATIÓN PEROXIDASA (enzima que contiene selenio).

2 GSH + H2O

2 → GSSG + 2 H

2O

● Participa en la síntesis de leucotrienos → La adición del glutatión mediante enlace tioéter origina losLTC

4.

● 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 eltransporte 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-glutamilcisteínasintetasa.

- Se necesitan 3 ATPs para transportar un aminoácido → 3 ATPs para regenerar el glutatión.

● Participa en la detoxicación de fármacos y xenobióticos. Se conjugan con el glutatión reducido demanera espontánea o mediante la enzima glutatión transferasa (GST), originando mercapturatos queson eliminados posteriormente. Ej. Transformación del inmunosupresor azatioprina en 6-mercaptopurina.




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b) Hormonas peptídicas

HORMONAS ESTRUCTURA FUNCIÓN2 cadenas peptídicas unidas

por puentes disulfuro

2 péptidos de nueve aminoáci-dos (solo se diferencian en dos

aa). Poseen 2 Cys unidas por

puentes disulfuro

Proteica

Peptídica

Peptídica

Péptidos opiáceos. Son pen-

tapéptidos que se diferencian

solo en los aa C-terminales

Metabolismo de hidratos de

carbono: hipoglucemiante

Son sintetizados en el

hipotálamo. La ADH estimula lareabsorción de agua a nivel renal.

La oxitocina induce el parto y

produce la eyección de la leche

Liberada desde los adipocitos.

Reduce la ingestión de alimentos

Estimuladores del apetito

Inhibidores del apetito

Están en las células del tejido

nervioso. Son péptidos

inhibidores del dolor

Insulina

Oxitocina yvasopresina (ADH)

Leptina

Neuropéptido Y/Galanina/Ghrelina

Colecistoquinina/α-MSH

Met-encefalinay Leu-encefalina

PROTEÍNAS: TIPOS Y NIVELES ESTRUCTURALES

1. TIPOS DE PROTEÍNAS

Considerando los niveles de organización de las proteínas, se pueden clasicar 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 función estructural: coneren resistencia y exibilidad a las estructuras de las que formanparte.

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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Proteías brosas y globulares

2. NIVELES ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS

a) Estructura primaria● Se reere a la secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica. La estructura tridimensional y lafuncionalidad de las proteínas están determinadas por su estructura primaria.

b) Estructura secundaria● Se reere a la distribución espacial de los átomos de un segmento especíco de la cadena polipeptídica,consecuencia principalmente de las interacciones entre los residuos próximos en la secuencia deaminoácidos. Esta disposición espacial viene determinada por los valores de los ángulos Φ () y φ

(psi). Existe un número limitado de estructuras secundarias, que son muy estables y que se encuentranampliamente 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.

● Se 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).

● 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 puentede hidrógeno intracatenario.

La Gly aparece con menos frecuencia por el pequeño tamaño de su cadena lateral, que le proporcionamayor exibilidad conformacional.




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● 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 brosas (Ej. Queratina) como en globulares.

Estructura de ua hélice α

Lámia β

● Conformación más extendida de la cadena polipeptídica; el esqueleto de la cadena se encuentra en zig-zag.

● Se establecen puentes de hidrógeno intercatenarios.

● Las hebras pueden pertenecer a cadenas polipeptídicas diferentes (lámina β intermolecular) o puedenser 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 carboxiloterminales.

- Antiparalela → Orientación amino-carboxilo opuesta. Los puentes de hidrógeno son perpendiculares alas hebras y más estables.

La coformació β e cadeas polipeptídicas




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● Suelen estar constituidas por residuos de aminoácidos con R relativamente pequeños.

● Ej. β-queratina, broína 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 cuatroresiduos de aminoácidos (frecuentemente, Gly y Pro).

● Los giros β suelen encontrarse conectando los extremos adyacentes de 2 segmentos de hojas βantiparalelas.

Recuerda Las proteínas globulares suelen presentar combinaciones de estructuras secun-darias de hélice α y lámina β que se denominan estructuras supersecundarias,motivo o plegamiento. Es frecuente encontrar giros β sirviendo de nexo entreambos tipos de estructura secundaria.

Estructuras supersecudarias. a) Uidades βαβ; b) Meadro β; c) Uidad αα; d) Barril β y e) Llae griega

c) Estructura terciaria

● Se dene como la disposición tridimensional global que adoptan todos los átomos de una proteínaal plegarse sus estructuras nativas → Interacciones entre aminoácidos no adyacentes a la cadenapolipeptídica.

● 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 exteriorde la proteína.

5. Enlace covalente: puentes disulfuro. Estabiliza la estructura después del plegamiento. Protege delos 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 carácterdébil o no covalente (al igual que en la secundaria).

Recuerda DOMINIO de una proteína: región compacta de la estructura terciaria plegada lo-calmente. Los dominios múltiples son frecuentes en proteínas globulares. Estaregión de la cadena polipeptídica es estable de manera independiente. A menudolos diferentes dominios tienen funciones distintas.




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Iteraccioes que matiee la estructura terciaria

d) Estructura cuaternaria● Está denida por interacciones no covalentes entre varias cadenas polipeptídicas; cada cadena

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

Estructura cuateraria de la hemoglobia

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 superhélicedextrógira. A su vez las moléculas de tropocolágeno se empaquetan en haces paralelos “cabeza con cola”formando una bra 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. Ambasenzimas requieren vitamina C y hierro en forma ferrosa (Fe2+) como cofactor .




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● La presencia de hidroxilisina permite la formación de entrecruzamientos intramoleculares eintermoleculares de las unidades de colágeno. Estos entrecruzamientos se forman por reacción entre 2restos 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 colágeo

a) Síntesis del colágeno● El colágeno se sintetiza extracelularmente a partir del procolágeno. Este procolágeno posee unasregiones globulares en los extremos N y C terminales denominadas propéptidos (ricos en cisteína y enpuentes disulfuro inter e intracatenarios) que impiden que las moléculas formen bras 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 deprocolágeno.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 procolágenopeptidasa: tropocolágeno (individual) y colágeno.6. Tres moléculas de tropocolágeno se asocian entre sí mediante enlace covalente para formar brillas decolágeno que se agregan para formar bras de colágeno.7. La primera reacción en la formación de entrecruzamientos para estabilizar las brillas está catalizadapor 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 unresiduo de allisina, que origina hidroxipiridinio.

Procolágeo y colágeo




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

Sítesis de colágeo

b) Tipos de colágeno

Poco glúcido

<10 OH-Lys por cadena

10% glúcido

>20 OH-Lys por cadena

Poco glúcido

Alto contenido en OH-Pro y Lys

Alto contenido en glúcidos (15%).

Alto contenido en OH-Pro y >40

OH-Lys por cadena

Contenido elevado en glúcidos.

Alto contenido en Gly e OH-Lys

Masa molecular baja

TIPOS TEJIDO CARACTERÍSTICAS

Hueso, piel, tendones, vasos

sanguíneos, pared intestinal,

útero y córnea

Cartílago, discos

intervertebrales y humor

vítreo

Vasos sanguíneos, piel fetal,

pared intestinal y uterina

Membrana basal y cristalino

Supercies celulares y

citoexoesqueleto

Íntima de la aorta, placenta,

riñón y piel en pequeñas

cantidades

Colágeno tipo I(90% del total)

Colágeno tipo II

Colágeno tipo III

Colágeno tipo IV

Colágeno tipo V

Colágeno tipo VI




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c) Patologías relacionadas con el colágeno

Escorbuto → Enfermedad causada por deciencia de vitamina C. El colágeno sintetizado no puede formarbras adecuadamente ya que la vitamina C es necesaria para la actividad de las enzimas prolil-hidroxilasay lisil-hidroxilasa. Se generan hélices inestables que son degradadas en el interior de las células. Secaracteriza 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 contieneuna toxina (β-aminopropionitrilo) que inactiva la lisil oxidasa. No se producen los entrecruzamientos de lasmoléculas del colágeno, las bras que forman son más frágiles y se producen alteraciones óseas y de losgrandes vasos.

Osteogéesis imperfecta → Grupo heterogéneo de trastornos genéticos caracterizados por mutaciónen genes que codican principalmente para el colágeno tipo I (localizados en los cromosomas 7 y 17).Se caracterizan por huesos frágiles, dentinogénesis imperfecta, escleróticas azules, tendones débiles ypérdida de audición.

Efermedad de Mekes → Enfermedad recesiva ligada al cromosoma X, en la que existe un defecto enel transporte y almacenamiento intracelular de cobre. Se debe a mutaciones en el gen que codica para laproteína 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.Sídrome de Ehlers-Dalos → Enfermedad hereditaria caracterizada por hiperelasticidad de la piele hipermovilidad articular. Se debe a mutaciones en genes que codican para los diferentes tipos decolágeno.

Sídrome de Goodspasture → Enfermedad en la que aparecen anticuerpos antimembrana basalglomerular (frente al colágeno tipo IV).

4. ELASTINA (PROTEÍNA FIBROSA)

● Presente en ligamentos y vasos sanguíneos arteriales.

● La cadena polipeptídica de la elastina es muy exible 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 formarseasociaciones como:

- Lisinonorleucina (unión de un derivado aldehídico de la lisina con la cadena lateral de una lisina sinmodicar). 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 denominaDESNATURALIZACIÓN (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 laconformación.

● Se consigue aplicando temperaturas elevadas, valores extremos de pH, disolventes orgánicos misciblesen agua (alcohol o acetona), solutos (SDS, urea, β-mercaptoetanol, cloruro de guanidinio) o detergentes(rompen las interacciones hidrofóbicas).




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Desaturalizació y reaturalizació

Recuerda La conformación nativa de una proteína es la que presenta la mínima energía librey 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 yconvierte 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 poliestirenosulfonado o HPLC.

c) Cuanticación e identicación de aminoácidos● Reacción de la ninhidrina: debido a su poder oxidante, a 100ºC, produce descarboxilación y desaminaciónde los aminoácidos. La ninhidrina reducida reacciona con una molécula de ninhidrina no reducida y con elamoniaco resultante de la desaminación → Complejo de color violeta que absorbe a 570 nm (salvo paraprolina e hidroxiprolina, que dan un complejo amarillo que absorbe a 440 nm).

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

d) Identicación de aminoácidos en el extremo N-terminal● Método de Sanger: poco utilizado. Utiliza uorodinitrobenceno (FDNB), que reacciona en medio básicocon 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 grupoamino libre y para conocer el número exacto de cadenas de una proteína.

● Cloruro de Dansilo (derivados del tipo sulfonamida) → Se forman derivados aminoacídicos uorescentes.

● 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 quese cicla en un derivado feniltiohidantoína, característico del aminoácido. El enlace peptídico contiguo serompe y el aminoácido modicado se extrae con disolventes orgánicos y se identica. Puede llegar adeterminar secuencialmente hasta 25 aminoácidos.

e) Identicación de aminoácidos en el extremo C-terminal

Ezimas carboxipeptidasas

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




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

f) Rotura selectiva de enlaces peptídicos

Edopeptidasas. Cortan enlaces internos.

TIPOS DE EnDOPEPTIDASAS

TIPOS LOCALIZACIÓN

► Lys, Arg (C)

► Phe,Trp y Tyr (C)

► Leu, Phe, Trp y Tyr (N)

► Met (C)

► Asn, Gly

► Aminoácidos con cadena lateral pequeña sin carga

► Tripsina (Serín-proteasa)

► Quimiotripsina (Serín-proteasa)

► Pepsina

► Bromuro de cianógeno

► Hidroxilamina

► Elastasa

(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, sulto 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 fragmentoscortos de un polipéptido (20-30 aa). Muy útil para la identicación 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 elplano 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, previacristalización de la muestra.

● Resonancia magnética nuclear: se realiza con las macromoléculas en solución. Es una manifestacióndel 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 interaccionessolubilizantes entre el agua y los grupos de la proteína.

- Al añadir un disolvente orgánico como acetona o alcohol → Disminuye la constante dieléctrica deldisolvente, 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 laproteína está cargada negativamente y se combina con el catión.




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b) Centrifugación / Ultracentrifugación● Aplicación de un campo centrífugo que permite separar las moléculas atendiendo a su coeciente desedimentación (S), que depende de la masa de la partícula.

c) Diálisis● Utilización de membranas semipermeables con poros que permiten el paso libre de las moléculaspequeñas 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 identicar dichos componentes y determinar las cantidades en las que están presentes. Implicael 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 deintercambio iónico, que son polianiones o policationes.- Cromatografía de anidad: es más especíca y permite aislar una o varias proteínas de una mezclacompleja. Requiere la jación de ligandos mediante unión covalente a la matriz inerte. Estos ligandosinteraccionan de forma especíca, pero no covalente, con las proteínas de la disolución.

- HPLC (Cromatografía líquida de alta resolución): utiliza presiones elevadas para hacer que las solucionespasen 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 yal tamaño. Permiten determinar el punto isoeléctrico y su masa molecular.

● Se puede utilizar:- SDS (Dodecilsulfato sódico): proporciona condiciones desnaturalizantes y aporta carga negativa, lo quehace que las proteínas migren exclusivamente en función de su masa.- Isoelectroenfoque: se utiliza para determinar el punto isoeléctrico de una proteína. Se establece ungradiente 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 reaccióndel ácido fosfomolibdotúngstico con los grupos fenólicos de la Tyr en una muestra tratada con sulfato decobre. Se genera un cromógeno (azul de molibdeno/azul de tungsteno) con absorción a 750 nm. Gransensibilidad.

●Método de Biuret: sulfato de cobre en medio alcalino. Formación de un complejo violeta entre el cobre y losenlaces 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 ladeterminación 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 sumaimportancia. 3 formas de obtener un péptido:




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a) Por puricación 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 quesiguen un ciclo repetitivo. En cada paso sucesivo del ciclo hay grupos químicos protectores que bloqueanlas reacciones no deseadas (como es el caso del grupo 9-uorenilmetoxicarbonilo 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 laprincipal 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 ylas gluteninas, así como sus homólogos en cebada y centeno, se denominan PROLAMINAS (ricas englutamina y prolina). La gliadina está implicada en la patogenia de la enfermedad celiaca (anticuerposantigliadina).

- Protaminas: proteínas de bajo peso molecular con alto contenido en arginina. No contienen ni tirosina nitriptófano. Se unen a la heparina formando complejos que neutralizan su efecto y a los ácidos nucleicos delos espermatozoides. Se utilizan para obtener insulinas retardadas.

- Escleroproteínas: colágeno, elastina y α-queratina (presente en el pelo, uñas y gran parte de la capaexterna de la piel; es rica en residuos hidrofóbicos).

- Histonas: son proteínas pequeñas de carácter básico (elevado contenido en arginina y lisina) muyconservadas 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 puedeser orgánico o inorgánico. Según la naturaleza del grupo prostético se clasican 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 ferroprotoporrina.

- Flavoproteínas: su grupo prostético es el avin-nucleótido.

GLUCOPROTEÍNAS● Son conjugados de proteína y glúcidos en los que la parte glucídica es minoritaria, están ramicados yson estructuralmente más diversos que los glucosaminoglucanos de los proteoglucanos.

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

● La mitad de las proteínas de mamíferos están glucosiladas y cerca del 1% de todos los genes codicanenzimas que intervienen en la síntesis y unión de las cadenas oligosacarídicas.




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

Disposició de la glucoforia e 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 quepuedan 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 tranere a ciertos residuos de Asn de la proteína mediante el lípido isoprenoide dolicol fosfato (20unidades 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 modicaciones pero se mantiene un núcleopentasacárido común. Estas modicaciones determinan el destino celular de las glucoproteínas.

- Los N-oligosacáridos son los oligosacáridos más comunes en las glucoproteínas.

Sítesis del oligosacárido úcleo de las glucoproteías




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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 formasoluble, unidas a la membrana y en los líquidos extracelulares:

GLUCOPROTEÍNAS FUNCIÓN EN LA CÉLULA

► Proteínas transportadoras de cobre y de

hierro, respectivamente

► Destrucción celular durante las reacciones

inmunitarias

► Sintetizadas por la adenohipósis. Producción de hormonas sexuales y

maduración de las células germinales

► Hormona placentaria

► Sintetizada en la adenohipósis. Estimulación

de la liberación de T3 y T4 por el tiroides

► Mediadores de las respuestas inmunitarias

humorales y celulares

► Interviene en la síntesis de lactosa

► Hidrólisis de residuos pirimidínicos

► Resistentes a la digestión hidrolítica

► Secretado por las células parietales del

estomágo. Necesario para la absorción devitamina B

12 en el íleon

► Presente en la clara de huevo. Impide la

absorción de vitamina B8 (biotina)

► Ceruloplasmina y transferrina

► Factores de la coagulación de la sangre

► Componentes del complemento

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

► Hormona gonadotropina coriónica (βhcG)

► TSH (hormona estimulante del tiroides)

► Inmunoglobulinas

► Lactoalbúmina (Proteína de la leche)

► Ribonucleasa (Proteína de origen pancreático)

► Muchas proteínas lisosomales

► Factor intrínseco o de Castle

► Avidina




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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 brina.

● 2 tipos:

- Fibronectina celular : es la principal molécula de adhesión de la matriz extracelular del tejido conjuntivo yes producida por los broblastos. Es esencial en la migración y diferenciación celular.

- Fibronectina plasmática: es sintetizada por los hepatocitos. Participa en la coagulación sanguínea, lacicatrización y la fagocitosis.

Iteraccioes etre 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 identicado más de 300 proteínas en el plasma.

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




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que tienen la carga más positiva son las inmunoglobulinas, por lo que migran más lentamente. Las bandasse tiñen posteriormente con un colorante como negro Amido o rojo Ponceau.

● La electroforesis en gel ha sido sustituida por la electroforesis capilar → Se hace pasar la muestrapor un capilar y las proteínas se separan debido a un fuerte voltaje electroosmótico que transporta lasmoléculas hacia el cátodo independientemente de su carga. Las bandas se estiman por espectroscopíade absorción molecular en la región del UV.

● Mediante estas técnicas se identican 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 cuanticar porotros métodos como la nefelometría.

● Transporta tiroxina (aunque la mayor parte de la tiroxina es transportada por la globulina jadora dehormonas tiroideas) y vitamina A. Para que la prealbúmina transporte la vitamina A es necesario la uniónde la proteína ligadora de retinol (RBP).

● Tiene una vida media muy corta y su velocidad de síntesis depende del estado nutricional y de la funciónhepática. Su principal aplicación clínica es como marcador del estado nutricional.

● Además, debido a su naturaleza compacta, la prealbúmina pasa al LCR más fácilmente que otrasproteínas; la presencia de la banda de prealbúmina se utiliza para conrmar 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 funcio-nalmente diferentes, sintetizadas en su mayoría por el hepatocito en respuesta alas citoquinas producidas por el sistema inmunitario especíco. Tienen como na-lidad preservar la integridad de los tejidos, limitando el daño tisular. Sus niveles semodican en procesos inamatorios, infecciosos, tumorales, lesiones tisulares cau-sadas por agentes químicos y físicos, … → Su concentración sérica puede aumen-tar (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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● Sus principales funciones son: mantenimiento de la presión oncótica del plasma, reserva nitrogenada ytransporte 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 (<3,5 g/dL )

► Descenso de su síntesis:●Malnutrición

● Enfermedades hepáticas (cirrosis)●Malabsorción intestinal (enf. celiaca, esprue)

► Pérdidas por el riñon:● Síndrome nefrótico, glomerulonefritis y diabetes

► Pérdidas intestinales:● Enteropatías

► Pérdidas cutáneas:●Quemaduras

● También existen alteraciones cualitativas de la síntesis de albúmina → Bisalbuminemia: variantemolecular de la albúmina que presenta una movilidad electroforética diferente de la albúmina normal, peroque no constituye una alteración patológica.

● En muy pocos casos hay analbuminemia (enfermedad hereditaria rara en la que no hay síntesis dealbúmina). Los pacientes presentan con frecuencia edemas.


c) α1-Globulinas (2,5-5%)

α 1- Atitripsia (AAT)

●Es el componente principal de la fracción α1-globulinas.

● Es un inhibidor de proteasas (miembro de las serpinas): inhibe la elastasa leucocitaria de los pulmonesy otras proteasas, como la tripsina.

● El décit hereditario de AAT es recesivo (cromosoma 14) y se asocia a ensema pulmonar y cirrosishepática (por acumulación de la proteína anómala en el hígado). La mutación Z (cambio de glutámico porlisina) es la más frecuente y la más grave.

● Es un reactante de fase aguda positivo.

α 1-Glucoproteía ácida u orosomucoide

● Inhibe la multiplicación del Plasmodium de la malaria, disminuye la fagocitosis de los neutrólos humanose inhibe la agregación plaquetaria.

● Transporta diversos fármacos básicos y sustancias lipólas.


α-Fetoproteía (AFP)

● Es sintetizada por el saco vitelino al comienzo del embarazo y posteriormente por el hígado fetal. Es unaglucoproteína escasa en el suero de los adultos sanos.

● Aumenta de forma siológica en el embarazo, aunque elevaciones muy marcadas sugieren defectosdel tubo neural (anencefalia, espina bída). Sus niveles están disminuidos (para la correspondienteedad gestacional) en el síndrome de Down.

● Es un marcador tumoral, se eleva en: hepatocarcinomas y tumores de células germinales. Se eleva

también de forma moderada en hepatopatías crónicas y en algunas enfermedades metabólicas.




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d) α2-Globulinas (7-13%)

Ceruloplasmia

● Es la principal proteína jadora y transportadora de cobre (contiene alrededor del 90% del cobre sérico).Cada molécula de ceruloplasmina puede jar de 6 a 7 átomos de cobre.

● Posee actividad enzimática oxidorreductasa → Oxida el hierro ferroso a férrico para jarlo a la transferrina.

● La concentración plasmática de ceruloplasmina es muy sensible a los estrógenos y aumenta durante elembarazo y en respuesta a los estrógenos orales.

● Sus niveles están disminuidos en la enfermedad de Wilson (acumulación de cobre en el hígado), enla enfermedad de Menkes, cirrosis hepática, síndrome nefrótico, …

● Es un reactante positivo de fase aguda.

Haptoglobia

● Une la hemoglobina liberada tras la hemólisis intravascular. Los complejos hemoglobina-haptoglobinase metabolizan en el sistema reticuloendotelial y la concentración de haptoglobina disminuyeproporcionalmente. De esta forma se evita que la hemoglobina se elimine por el riñón y se preserva elhierro corporal.

● Sus niveles están disminuidos en la hemólisis intravascular: anemia hemolítica autoinmune, esferocitosishereditaria, décit de piruvato quinasa, …


α 2 -Macroglobulia

● Es la proteína no inmunológica más grande del plasma.

● Es un inhibidor de proteasas (Ej. Inhibe la plasmina).

● Su concentración aumenta en el síndrome nefrótico, ya que al perderse la albúmina es la encargadade mantener la presión oncótica del plasma. Debido a su elevado peso molecular no se ltra por el riñón.También se eleva al inicio de la nefropatía diabética.

e) β1-GlobulinasTrasferria

● Transporta el hierro en forma férrica desde los tejidos (depósitos de hierro en forma de ferritina) hasta lamédula ósea, donde se sintetiza la hemoglobina.

● En condiciones normales el índice de saturación de la transferrina es del 30%, aumentando hasta el100% en condiciones de sobrecarga férrica, como en la hemocromatosis.

● La transferrina aumenta en la anemia ferropénica (en respuesta al décit férrico) y en el embarazo.


Hemopexia

● Fija el grupo hemo liberado tras la degradación de la hemoglobina, preservando el hierro corporal.● Disminuye de forma muy marcada en las hemólisis intravasculares.

f) β2-Globulinas

β2 -Microglobulia

● Se sintetiza en la mayor parte de los tejidos y forma parte del MHC-I.

● Se ltra libremente en el glomérulo y se reabsorbe casi en su totalidad en los túbulos → Su reabsorciónestá disminuida cuando la función tubular está dañada. Marcador de función tubular .

● Aumenta en algunas enfermedades inmunitarias: tumores linfoides, artritis reumatoide, síndrome deSjögren, ...

● Es un marcador sérico útil para controlar la evolución en el mieloma múltiple.




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Compoete C3 del complemeto

● Disminuye en patologías de consumo de complemento: enfermedades autoinmunes. Ej. Artritisreumatoide, lupus eritematoso.

g) γ-Globulinas

Imuoglobulias

● Son sintetizadas por las células plasmáticas diferenciadas procedentes de los linfocitos B.

● Actúan como anticuerpos, reconociendo y uniéndose a los antígenos extraños al organismo.

● Cada molécula de inmunoglobulina está constituida por 2 cadenas pesadas unidas a 2 cadenas ligeras(λ o к) por puentes disulfuro. Atendiendo al tipo de cadena pesada existen 5 tipos de inmunoglobulinas.

TIPOS DE INMUNOGLOBULINAS FUNCIONES/LOCALIZACIÓN

► Son los anticuerpos más abundantes (70-75% del total). Se producen durante larespuesta inmune secundaria. Atraviesanla placenta

► Respuesta inmunitaria primariaPentamérica

► Se encuentra en lassecreciones corporales como saliva, sudor, lágrimas, leche y en lassecreciones gastrointestinales.Se puede encontrar en forma monomérica odimérica

► Se unen a los mastocitos induciendo laliberación de histamina. Participan en larespuesta alérgica

► Son receptores de supercie en ellinfocito B

► Inmunoglobulina G

► Inmunoglobulina M

► Inmunoglobulina A

► Inmunoglobulina E

► Inmunoglobulina D

Alteracioes de las imuoglobulias

● La aplicación clínica más útil del proteinograma es la detección de GAMMAPATÍAS MONOCLONALES(trastorno selectivo que afecta a la proliferación de un clon de células plasmáticas productor de un tipo deinmunoglobulinas):

- Mieloma múltiple:

Es una neoplasia maligna que se caracteriza por la proliferación de un clon de células plasmáticas enla médula ósea, principalmente productor de IgG (paraproteína) o un clon productor de cadenas ligeras

(mieloma de Bence-Jones).

El clon prolifera, invadiendo la médula ósea e interriendo con las células progenitoras de las distintaslíneas celulares hematológicas → Trombocitopenia, leucopenia y anemia.

Disminuye la síntesis del resto de inmunoglobulinas, lo que conlleva mayor susceptibilidad a infecciones.

Cursa con: pérdida de hueso, fracturas, hipercalcemia, alteraciones renales (debido a la precipitación delas cadenas ligeras) e hiperproteinemia (a expensas del componente monoclonal).

Los pacientes con mieloma múltiple pueden eliminar cadenas ligeras por la orina → proteína de Bence-Jones.

En el frotis sanguíneo los hematíes aparecen apilados unos sobre otros en ROULEAUX debido al aumentode la hiperviscosidad sanguínea.

En la electroforesis en suero se detecta una banda estrecha localizada en la fracción γ → Componente oproteína M.




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- Macroglobulinemia de Waldeström (Linfoma linfoplasmocítico):

Proliferación maligna de un clon de células plasmáticas productoras de IgM. Se presenta en mayoresde 50-60 años.

Los pacientes también pueden eliminar cadenas ligeras por la orina (Bence-Jones).

Es característico el aumento de la hiperviscosidad sanguínea debido a que la IgM es pentamérica ycontribuye al aumento de viscosidad de la sangre → Hematíes en ROULEAUX.

Recuerda Tanto en el mieloma múltiple como en la macroglobulinemia de Waldeström, ade-más del proteinograma, se realiza una inmunojación para caracterizar el tipo deinmunoglobulina monoclonal.

Proteía C reactia (PCR)

● Recibe este nombre debido a su capacidad para unirse al polisacárido C de la supercie celular delpneumococo.

● Es un reactante de fase aguda positivo. Aumenta en infecciones bacterianas y lesiones tisulares con

inamación aguda (entre 100-1.000 veces en las primeras 24-48 horas tras el daño celular). No aumentade forma sistemática en las infecciones virales.

● Es un indicador más sensible que la velocidad de sedimentación globular (VSG).

Ojo Si se realiza la electroforesis en plasma el brinógeno migra en la región β-γ. Es elfactor de coagulación más abundante, responsable de la formación del coágulo debrina. Es un reactante de fase aguda positivo.

ALTERACIOnES CUAnTITATIvAS DEL PROTEInOGRAMA

ENFERMEDAD PATRÓN ELECTROFORÉTICO► Disminución de la fracción albúmina

► Aumento policlonal de inmunoglobulinas: puente

β-γ (la IgA migra en la región β)

► Disminución de las fracciones albúmina,

α1-globulinas, γ-globulinas y β-globulinas

► Aumento de α2-macroglobulina y β-lipoproteínas

(LDL)

► Albúmina disminuida o normal

► Aumento de α1 y α

2

► Aumento de la transferrina (fracción β1)

► Cirrosis hepática

► Síndrome nefrótico

► Respuesta inamatoria aguda

► Anemia ferropénica

CROMOPROTEÍNAS● Son proteínas conjugadas con un grupo cromóforo (sustancia coloreada que contiene un metal):

- Porrínicas: tienen como grupo prostético la porrina (anillo tetrapirrólico).

- No porrínicas: rodopsina, ceruloplasmina, transferrina, ferritina, ...




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1. SÍNTESIS DE PORFIRINAS (fundamentalmente, en médula ósea e hígado)

● Las porrinas son un grupo de moléculas complejas que aparecen como intermediarias en la síntesis delgrupo hemo.

● Fases de la síntesis:

1) La primera reacción tiene lugar en la matriz mitocondrial. El succinil-CoA y la glicina se condensan paradar ácido delta-aminolevulínico o ALA, en una reacción catalizada por la enzima δ-aminolevulínico sintasa

o ALA sintetasa (requiere piridoxal fosfato como cofactor); ésta es la enzima limitante de la ruta.2) En el citosol, 2 moléculas de ALA se condensan para dar porfobilinógeno, en una reacción catalizada por la ALA deshidratasa o porfobilinógeno sintasa (enzima que contiene zinc y es sensible a la inhibiciónpor plomo).

3) A continuación se combinan 4 moléculas de porfobilinógeno en una reacción de desaminación paradar el primer compuesto tetrapirrólico, el uroporrinógeno III. Intervienen 2 enzimas: uroporrinógeno Isintasa y uroporrinógeno III cosintasa.

4) Después tiene lugar una reacción de descarboxilación y el compuesto tetrapirrólico se convierte encoproporrinógeno III. Reacción catalizada por la uroporrinógeno descarboxilasa.

5) Este compuesto entra de nuevo en la mitocondria y, por descarboxilación, se convierte en

protoporrinógeno IX. Reacción catalizada por la enzima coproporrinógeno oxidasa, localizada en lamembrana mitocondrial interna.

6) En la matriz mitocondrial, el protoporrinógeno IX sufre una oxidación y se genera la protoporrina IX.Reacción catalizada por la protoporrinógeno oxidasa.

7) El Fe2+ se incorpora a la protoporfirina y se sintetiza el grupo hemo. Reacción catalizada por laferroquelatasa, que se localiza en la membrana mitocondrial interna.

8) El hemo se combina con polipéptidos para dar hemoproteínas como la mioglobina y la hemoglobina. Además actúa como retroinhibidor de los primeros pasos de la ruta de biosíntesis.

Biosítesis del grupo hemo




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●Los defectos genéticos en la biosíntesis del grupo hemo pueden provocar la acumulación de intermediariosde la ruta que provocan diversas enfermedades, conocidas genéricamente como PORFIRIAS.

TIPOS DE PORFIRIAS ENZIMA AFECTADA SÍNTOMAS

ALA-deshidratasa

Uroporrinógeno I sintasa

Uroporrinógeno IIIcosintasa

Uroporrinógenodescarboxilasa

Coproporrinógenooxidasa

Protoporrinógeno oxidasa

Ferroquelatasa

Baja incidencia. Neuropatía

Neuropatía. Dolor abdominal agudo

Fotosensiblidad cutánea.Pigmentación rojiza de la orina,huesos y dientes. Anemia

Fotosensibilidad cutánea

Neuropatía. Un 30% presentanfotosensiblidad cutánea

Neuropatía. También presentanfotosensiblidad cutánea

Fotosensibilidad cutánea

Porria de Doss

Porria intermitente

aguda

Porria eritropoyéticacongénita (enfermedadde Günther)

Porria cutánea tarda

Coproporria hereditaria

Porria variegata

Protoporriaeritropoyética

Recuerda Todas presentan herencia autosómica dominante excepto la porria de Doss y laporria eritropoyética congénita, que son recesivas. Todas son hepáticas, excepto laporria eritropoyética congénita y la protoporria eritropoyética, que son medulares.

ENFERMEDAD ORINA SANGRE● ALA y PBG ELEVADOS

●CP NORMAL

O ELEVADO

●ALA y PBG NORMAL●UP y CP ELEVADOS

●ALA y PBG NORMAL●UP y CP ELEVADOS

● ALA, PBG y CP

ELEVADOS

●UP NORMAL

● ALA y PBG ELEVADOS

●UP y CP NORMAL

O ELEVADO

●ALA, PBG, UP y CPNORMAL

► Porria intermitenteaguda

► Porriaeritropoyéticacongénita

► Porria cutáneatarda (+ frecuente

en paises europeos)

► Coproporriahereditaria

► Porria variegata

► Protoporriaeritropoyética

●UP, CP y PP NORMAL

●UP, CP y PP ELEVADOS

●UP, CP y PP NORMAL

● UP, CP y PP NORMAL

● UP, CP y PP NORMAL

● UP y CP NORMAL

● PP ELEVADO

*Uroporria (UP), Coproporria (CP), Protoporria (PP), Porfobiliógeo (PB)




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Recuerda El etanol, los barbitúricos y varios anticonvulsivos inducen la síntesis de porrinas.

HEMOPROTEÍNAS● Su grupo prostético es la ferroprotoporrina.

1. HEMOGLOBINA

● Es una proteína globular de forma esférica. Forma parte de los eritrocitos, donde su función principal estransportar oxígeno desde los pulmones a los tejidos del cuerpo.

● Es una proteína tetramérica en la que cada una de las cadenas polipeptídicas presenta un grupoprostético HEMO → 4 lugares de unión al O

2.

● El grupo hemo consta de 4 ferroprotoporrinas idénticas constituidas por:

- Una protoporrina IX.

- Un átomo de hierro en estado ferroso.

Estructura química del hemo Estructura terciaria de las cadeas de globia

● El átomo de Fe2+ está en el centro, combinado con 4 anillos pirrólicos (de la protoporrina IX) a través de

los átomos de nitrógeno.

● La hemoglobina predominante en el adulto es la hemoglobina A (formada por 2 cadenas α y 2 cadenasβ: α

2β

2).

● La cadena α consta de 141 aminoácidos y está codicada por el cromosoma 16 (la cadena ζ tambiénestá codicada por este cromosoma) y el resto de las cadenas (β, γ, δ y ε) tienen 146 aminoácidos y estáncodicadas por el cromosoma 11.




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TIPOS DE HEMOGLOBInAS PRESEnTES En EL SER HUMAnO

HEMOGLOBINAS CARACTERÍSTICAS

► Mayoritaria en el adulto (97% de la Hb total)

HbA1C

→ Hb glicosilada en la cadena β (4-6%)

► En el adulto representa el 2,5% del total

► Hemoglobina fetal: mayoritaria desde el cuarto

mes de embarazo hasta los 6 meses de edad. Se

encuentra en % muy bajos en el adulto (<1%).

Presenta una mayor anidad por el O2que la HbA

► Hemoglobinas embrionarias (tres primeros meses)

► HbA (α2β

2)

► HbA2 (α

2δ

2)

► HbF (α2γ

2)

► Hb Portland (ζ2 γ

2)

► Hb Gower I (ζ2 ε

2)

► Hb Gower II (α2 ε

2)

● Cuando la hemoglobina no tiene oxígeno unido se denomina desoxihemoglobina y cuando estácargada con oxígeno se llama oxihemoglobina:

- En la hemoglobina (y también en la mioglobina) el oxígeno se une a la histidina distal E7 (His 64) y al Fe2+.

El hierro se une por su quinta posición de coordinación a la histidina His F8 o His 93, presente en posiciónaxial.

● La unión de la hemoglobina con el oxígeno es cooperativa → La unión de la primera molécula de O2 a la

hemoglobina aumenta la anidad de los demás lugares de unión por el O2 → Unión alostérica.

Recuerda Una proteína alostérica es aquella en la cual la unión de un ligando afecta a laspropiedades de otro sitio de la misma proteína.

● El grado de saturación de la Hb depende de la concentración o presión parcial de O2 en el medio (PO

2).

Si la PO2 del medio es elevada (como sucede en los alveolos) las moléculas de Hb se saturan.

● La anidad de la hemoglobina por el O2suele expresarse mediante la P

50 → Presión de oxígeno a la

cual la Hb está saturada al 50%.

● La relación entre la presión de oxígeno y la saturación de la Hb por el O2viene denida por la CURVA DE

DISOCIACIÓN DEL OXÍGENO (CURVA SIGMOIDEA):

- Cuando la anidad por el O2 aumenta, la curva de disociación se desplaza hacia la izquierda y la P

50

disminuye.

- Por el contrario, cuando la anidad disminuye, la curva se desplaza hacia la derecha y la P50

aumenta.

Curas de disociació de la Hb y de la Mb




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● Existen factores que disminuyen la anidad de la Hb por el O2:

- Elevación de la temperatura.

- Disminución del pH del medio (efecto Bohr).

- Aumento de la concentración de CO2 del medio.

- Presencia del 2,3 BPG (2,3-bisfosfoglicerato, intermediario de la glucólisis). Es un efector alostérico dela hemoglobina.

Ojo El CO se une a la hemoglobina con una anidad unas 250 veces superior a la deloxígeno.

a) Hemoglobinopatías

Hemoglobiopatías estructurales

● Se deben a mutaciones puntuales en los genes que codican para las cadenas de la globina. Ej.

Hemoglobina S o anemia falciforme → Mutación puntual en el gen que codica para la cadena β de laglobina (cromosoma 11), con cambio de glutámico por valina. Es autosómica recesiva.

Talasemias

● Defectos genéticos que originan una disminución en la síntesis de alguna de las cadenas de la globina.

2. MIOGLOBINA

● Es una proteína de unión a oxígeno más simple, que está presente sobre todo en el tejido muscular(músculo esquelético y cardiaco) de la mayor parte de los mamíferos.

● Está constituida por una única cadena polipeptídica de 153 aminoácidos unida a un grupo hemo. Constade ocho segmentos en hélice α.

Estructura de la mioglobia

● La mioglobina presenta una curva de disociación de TIPO HIPERBÓLICO y su anidad por el oxígenono se ve afectada ni por la variación del pH ni del CO

2dentro de los límites siológicos.

● La mioglobina presenta una P50

muy baja (2,8 mm Hg), lo que implica que tiene una anidad elevada por

el oxígeno; ésta es una característica adecuada para una proteína que debe extraer oxígeno de la sangre.La mioglobina tiene una anidad por el oxígeno superior a la hemoglobina.




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● La mioglobina tiene como función principal facilitar la difusión de oxígeno en el músculo, extrayendo eloxígeno de la circulación sanguínea para almacenarlo en las células musculares.

● Es un indicador muy sensible de daño muscular precoz. Se eleva rápidamente tras una lesión miocárdicapudiéndose detectar en sangre a las 2-3 horas del infarto agudo de miocardio. Es el marcador más precozde necrosis miocárdica.

Recuerda - HEMO: Protoporrina IX + Fe2+

- HEMINA: Protoporrina IX + Fe3+

- METAHEMOGLOBINA: Hb + Fe3+

- CARBOXIHEMOGLOBINA: Hb + CO

- CARBAMINOHEMOGLOBINA: Hb + CO2

3. OTRAS PROTEÍNAS QUE CONTIENEN HEMO/HEMINA

a) Citocromos● Son una clase de proteínas que contienen un grupo hemo unido fuertemente al componente proteico.El átomo de hierro del citocromo que participa en la cadena de transporte electrónico mitocondrial sufre

reacciones de oxido-reducción. Ej. Citocromo P450.b) Catalasa● Es una enzima que descompone el H

2O

2 en agua más oxígeno. Está constituida por cuatro átomos de

hierro en estado oxidado. Enzima característica de los peroxisomas.

c) Peroxidasa● Elimina el H

2O

2 por oxidación de otros sustratos antioxidantes (glutatión, ácido ascórbico).

PROTEÍNAS DE MEMBRANA PLASMÁTICA● La membrana plasmática es una estructura compleja que facilita el intercambio de información ysustancias entre la célula y el medio extracelular. Presenta un grosor de 5 a 8 nm (50 a 80 Å).

● Es impermeable a la mayoría de los solutos polares o cargados, pero es permeable a los compuestosapolares.

● Todas las membranas plasmáticas biológicas poseen la misma estructura general: proteínas y lípidospolares → “Modelo de membrana en mosaico uido”: la membrana es una bicapa lipídica uida yasimétrica que posee proteínas ancladas a ella mediante interacciones hidrofóbicas.

1. CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS

a) Fluidez● Describe la resistencia de los componentes de la membrana al movimiento. La membrana es uidadebido a que la mayoría de interacciones entre sus componentes son de carácter débil, dejando libertada las moléculas de lípidos y proteínas para desplazarse lateralmente en el plano de la membrana. Losmovimientos laterales de las moléculas son más frecuentes y rápidos que los cambios de localización entrela porción externa e interna de la membrana (movimiento “ip-op”).

Moimieto de los fosfolípidos




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● Los movimientos que determinan la uidez de la membrana varían en función de determinados factores:

- T emperatura: a mayor Tª, mayor movilidad de las moléculas, mayor uidez.

- Presencia de insaturaciones en los ácidos grasos: a mayor nº de dobles enlaces, menor número deinteracciones, mayor uidez.

- Longitud de las cadenas hidrocarbonadas de ácidos grasos: a menor longitud, mayor uidez.

- Contenido en colesterol: a menor presencia de colesterol, mayor uidez.

- Presencia de iones Ca2+: a menor presencia de calcio, mayor uidez.

b) Asimetría● La composición lipídica a cada lado de la bicapa es diferente puesto que cada lado de la membrana estáexpuesto a un entorno diferente.

c) Permeabilidad selectiva

d) Capacidad para rehacerse● Cuando las bicapas lipídicas se rompen espontáneamente se vuelven a recomponer.

Modelo de mosaico uido para la estructura de la membraa

2. TIPOS DE PROTEÍNAS DE MEMBRANA

● La mayoría de las funciones biológicas asociadas a la membrana se deben a su componente proteico,que representa aproximadamente el 50% de la masa total de la membrana plasmática.

● Estas proteínas se pueden clasicar atendiendo a su relación estructural con la membrana en:

- Proteínas integrales: están rmemente unidas a la bicapa lipídica y la atraviesan. Solo se pueden liberar

por acción de agentes que intereran con las interacciones hidrofóbicas, como detergentes, disolventesorgánicos o agentes desnaturalizantes.

- Proteínas periféricas: se encuentran débilmente unidas a la cara externa o interna de la membrana, sinatravesarla. A través de interacciones electrostáticas y puentes de hidrógeno se asocian con los dominioshidrofílicos de las proteínas integrales y con los grupos de las cabezas polares de los lípidos de membrana.Se pueden liberar mediante tratamientos suaves, como un cambio de pH o exposiciones a solucionessalinas concentradas.

- Proteínas antrópicas: se encuentran tanto en el citosol como asociadas a la membrana. Su anidadpor las membranas deriva de sus interacciones no covalentes con una proteína o lípido de membrana, o ala presencia de uno o más lípidos unidos covalentemente a la proteína antrópica. Esta asociación con lamembrana es reversible y está regulada (Ej. La fosforilación o la unión de un ligando pueden producir un

cambio conformacional en la proteína que da lugar a la exposición de un sitio de unión a membrana quepreviamente era inaccesible).




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6. TRANSPORTE A TRAVÉS DE MEMBRANA● La célula obtiene del exterior los elementos necesarios para sus procesos biosintéticos y producciónenergética y expulsa fuera los productos de desecho resultado de los procesos metabólicos. Para queocurran estos fenómenos se requieren diferentes sistemas de transporte.

TIPOS DE TRANSPORTE1. TRANSPORTE PASIVO

● Las moléculas atraviesan la membrana a favor de gradiente de concentración o de carga eléctrica por loque no requieren un aporte energético extra.

a) Tipos de transporte pasivo

Difusión simple

● Se basa en el desplazamiento de los solutos a través de la membrana, de la zona más concentrada a lamás diluida hasta equiparar las concentraciones a ambos lados.

● Los gases, como el O2 y el CO2, y las moléculas apolares y polares sin carga de pequeño tamaño, comoel agua o el glicerol, atraviesan las membranas por difusión simple.

Difusión facilitada

● Se basa en el desplazamiento de los solutos a través de las membranas a favor de gradiente por mediode un transportador (une el sustrato de forma no covalente y reversible).

● Se diferencia de la difusión simple en que la velocidad de difusión no está limitada por la concentración delsoluto a ambos lados de la membrana sino por los cambios de conformación de la proteína transportadora.

● Ej. Glucosa y aminoácidos.

b) Tipos de transportadores

● Proteínas transportadoras o carrier:- Alta estereoespecicidad.

- Saturables.

- Sufren un cambio conformacional cuando el sustrato se une.

- Disminuyen la energía de activación necesaria para que se produzca el transporte del soluto de un ladoa otro de la membrana.- Ej. Transportador de glucosa de los hepatocitos o del eritrocito.

● Canales:

- Son selectivos para un determinado tamaño y carga.

- Son proteínas que forman un poro hidrofílico que permite el paso de iones.

- Suelen ser estructuras oligoméricas con algunos segmentos en hélice α.

- No son saturables.

- Responden a diferentes estímulos: presencia de ciertos ligandos, variaciones del potencial eléctrico ofuerzas de tipo mecánico.

- Los canales más abundantes son los canales iónicos: regulados por voltaje o por ligando.

Un tipo especial de canal iónico son los IONÓFOROS: son compuestos liposolubles quepueden difundir a través de la membrana formando un poro que permite el transporte del ión,o bien, son móviles y se desplazan a través de la membrana. Muchos son antibióticos. Ej.Gramicidina A, polipéptido que se disuelve en la membrana y adopta una estructura helicoi-

dal abierta permitiendo el paso de iones K+

y Na+

, o valinomicina, péptido cíclico que trans-

porta el ión K+ difundiendo a través de la membrana, sintetizado por Streptomyces.

Recuerda




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2. TRANSPORTE ACTIVO

● Transporte que se realiza en contra de gradiente y requiere aporte energético.

● Se produce solo cuando está acoplado directa o indirectamente a una reacción exergónica.

● Es especíco y saturable.

● Participan transportadores.

● Tipos:

- Transporte activo primario: acoplado directamente a la hidrólisis del ATP (reacción exergónica).

- Transporte activo secundario: el transportador acopla una reacción no favorable (endergónica) a otrareacción espontánea o a favor de gradiente. Ej. Cotransporte antiporte Na+-H+ en los túbulos renalesproximales; cotransporte simporte Na+-glucosa en los enterocitos (el gradiente de Na+ necesario para estaentrada conjunta se mantiene gracias a la ATPasa Na+-K+).

a) Tipos de transportadores activos primarios

ATPasas tipo P

● Son transportadores de cationes que se fosforilan reversiblemente por acción del ATP.

● Esta fosforilación induce un cambio conformacional que permite el transporte del catión.

● Se conocen más de 70 ATPasas de tipo P y todas son proteínas integrales de membrana.

● Se inhiben con el análogo del fosfato vanadato.

● Ej. Ca2+-ATPasa (retículo sarcoplásmico, transportador simple), Na+-K+-ATPasa (membrana plasmática,cotransporte antiparalelo, expulsa 3 Na+ y introduce 2 K+), H+-K+-ATPasa (células parietales del estómago,antiporte).

Recuerda Algunos fármacos, como la ouabaína y la digoxina, bloquean la bomba Na+-K+.

ATPasas tipo F

● Permiten el paso de protones en contra de gradiente impulsado por la hidrólisis del ATP.

● La reacción en la que participan es reversible de forma que un gradiente de protones también puedesuministrar la energía para impulsar la síntesis de ATP (ATP sintasas).

ATPasas tipo V

● Son transportadoras de protones y se asocian a las membranas de las vesículas responsables de laacidicación de los compartimentos intracelulares (lisosomas, endosomas, …)

Transportadores ABC

● Son transportadores dependientes de ATP que bombean aminoácidos, péptidos, proteínas, ionesmetálicos, lípidos y sales biliares fuera de la célula.

● Ej. Transportadores multifármacos (MDR1), bombean ciertos fármacos fuera de la célula y sonresponsables de la resistencia de algunos tumores a determinados agentes quimioterápicos.

Recuerda Todos los transportadores ABC tienen dos dominios de unión de nucleótidos (NBD)y dos dominios transmembrana.




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7. PROTEÍNAS G● Pertenecen a la superfamilia de proteínas con actividad de GTPasa. Son proteínas de unión a nucleótidosde guanosina y participan en procesos de señalización, crecimiento y diferenciación celular.

● Su estructura es heterotrimérica (α, β y γ) y se asocian a la cara citosólica de la membrana.

● Subunidades:

- Gα → Presenta actividad GTPasa. Tras su unión al GTP, lo hidroliza y lo transforma en GDP (estadoinactivo). Presenta un residuo de ácido mirístico asociado al extremo carboxilo terminal. Puede transmitirseñales excitadoras o inhibidoras. Elevada especicidad.

- Gβγ

→ Interaccionan con la subunidad Gα y permiten la interacción con el receptor activado. Presentan un

lípido isoprenoide unido covalentemente al extremo carboxilo terminal de la proteína. Este dímero es másinespecíco y puede interaccionar con muchos tipos de subunidad α.

Recuerda Los defectos en las proteínas G son causa de enfermedades → el 25% de loscánceres humanos presentan mutación en la proteína Ras, proteína con actividadGTPasa.

1. TIPOS

● Gs→ Activa la adenilato ciclasa y ésta transforma el ATP en AMPc (2ndo mensajero).

● Gi→ Inhibe la adenilato ciclasa, disminuyendo las concentraciones de AMPc. Ej. Adrenalina, a través de

la unión a receptores α2-adrenérgicos; somatostatina, por su unión al receptor que origina la activación de

la proteína Gi.

● Go → Activa la vía de señalización de los fosfosinosítidos.

2. CAMBIOS O MODIFICACIONES DE LAS PROTEÍNAS G

● ADP-ribosilación: se produce la transferencia de ADP-ribosa desde el NAD+ hasta un residuo de Arg de la

subunidad α de Gs. Esta ADP-ribosilación bloquea la actividad GTPasa por lo que la proteína G es activade modo permanente. Ej. Toxina colérica.

● Fosforilación: se produce sobre la subunidad α.

3. RECEPTORES DE LAS PROTEÍNAS G

● Los receptores acoplados a proteínas G son receptores de membrana plasmática que presentan sietesegmentos helicoidales transmembrana.

● Cuando el receptor activado estimula la proteína G → Se intercambia el GDP unido a la subunidad α dela proteína G por GTP. El complejo GTP-proteína G se disocia del receptor y se une a una enzima o efectormodicando su actividad.

Ojo La fosforilación en el extremo carboxilo terminal del receptor (localizado intracelu-larmente) inhibe la activación de las proteínas G.




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Mecanismo de acción de las proteínas G

4. OTROS RECEPTORES QUE PARTICIPAN EN RUTAS DE SEÑALIZACIÓN

a) Receptores con actividad tirosina quinasa● Son proteínas transmembrana con actividad quinasa intrínseca.

● Están constituidos por un único segmento transmembrana, un dominio de unión al ligando en la caraextracelular y otro dominio con el sitio activo para la enzima a nivel citosólico.

● El receptor fosforila residuos de tirosina propios estimulando su actividad tirosina quinasa sobre otrasproteínas.

● Ej. Receptor de la insulina y receptor del factor de crecimiento epidérmico.

b) Receptores con actividad guanilato ciclasa● Presentan actividad guanilil ciclasa en su porción intracelular.

● Sus ligandos son los péptidos natriuréticos.




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8. ENZIMAS● Son biocatalizadores, aumentan la velocidad de una reacción química sin alterar el equilibrio de lamisma.

CARACTERÍSTICAS● Todas las enzimas son proteínas (salvo un grupo de moléculas de RNA catalítico: RIBOZIMAS).

● Actúan disminuyendo la energía libre de activación.

● Pueden llegar a acelerar la velocidad de una reacción entre 5 y 17 órdenes de magnitud.

● Presentan especicidad de reacción y de sustrato y son muy ecientes.

● No se alteran de forma permanente durante la reacción enzimática.

● La actividad catalítica de una enzima depende de su estado conformacional: si una enzima sedesnaturaliza o se disocia en sus subunidades, su actividad catalítica suele desaparecer → Las estructurasprimaria, secundaria, terciaria y cuaternaria de una proteína son esenciales para su actividad catalítica.

● Algunas enzimas requieren para su actividad un componente químico adicional llamado COFACTOR, sies uno o varios iones inorgánicos, o COENZIMA, si es una molécula orgánica (actúan como transportadores

transitorios de grupos funcionales especícos, la mayoría son derivados de vitaminas). Si éstos se unencovalentemente a la enzima se denominan GRUPO PROSTÉTICO.

● La enzima completa, junto con la coenzima y/o iones metálicos, recibe el nombre de HOLOENZIMA. Laparte proteica de la enzima se denomina APOPROTEÍNA O APOENZIMA.

Activación de la enzima

ALGUNOS COFACTORES ENZIMÁTICOS

COFACTOR ENZIMA

► Citocromo oxidasa, lisil-oxidasa

► Citocromo oxidasa, catalasa y peroxidasa► Piruvato quinasa

► Hexoquinasa, glucosa 6-fosfatasa, piruvato quinasa

► Arginasa, ribonucleótido reductasa, SOD

► Dinitrogenasa, xantina oxidasa

► Ureasa

► Glutatión peroxidasa

► Calmodulina

► Anhidrasa carbónica, alcohol deshidrogenasa,carboxipeptidasas A y B

► Cu2+

► Fe2+ o Fe3+

► K+

► Mg2+

► Mn2+

► Mo

► Ni2+

► Se

► Calcio

► Zn2+




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Ojo Cualquier enzima que cataliza reacciones en las que se transeren fosfatos (qui-nasas o fosfatasas) es dependiente de Mg2+, las deshidrogenasas NAD dependien-tes utilizan el Zn2+ como cofactor y las hidrolasas son dependientes de Mn2+.

FUNCIONES DE LAS DISTINTAS COENZIMAS

COENZIMA GRUPOS QUÍMICOS PRECURSOR TRANSFERIDOS EN LA DIETA

●CO2

●Grupos acilo

● Átomos de H y grupos alquilo

●Electrones

●Electrones y grupos acilo

● Ión hidruro (H-)

●Grupos amino

●Grupos monocarbonados

● Aldehídos

● Biotina

● Ácido pantoténico

● Vitamina B12

●Riboavina

(Vitamina B2)

●No se requiere

en la dieta

● Ácido nicotínico

(Niacina)

● Piridoxina

(Vitamina B6)

● Folato

● Tiamina

(Vitamina B1)

► Biocitina

► Coenzima A

► 5´-desoxiadenosilcobalamina(coenzima B

12)

► Flavin adeninadinucleótido (FAD)

► Lipoato

► Nicotinamida adeninadinucleótido (NAD)

► Piridoxal fosfato

► Tetrahidrofolato

► Tiamina pirofosfato

CLASIFICACIÓN● Existe un sistema internacional para la nomenclatura y clasicación de las enzimas creado por la EnzymeCommission (EC) de la IUBMB (International Union of Biochemistry and Molecular Biology). Este sistemalas clasica en función del tipo de reacción catalizada:

TIPO 1: OXIDORREDUCTASAS

● Transferencia de electrones: catalizan reacciones de oxidación y reducción. El principal agente oxidantees el O

2. En los sistemas biológicos, el FAD+ y el NAD+, participan en numerosas reacciones de óxido-

reducción.

● Oxidasas: catalizan la oxidación de un sustrato sin incorporar oxígeno al producto.

● Oxigenasas: catalizan reacciones en las que los átomos de oxígeno se incorporan directamente a lamolécula de sustrato. Las monoxigenasas catalizan reacciones en las que solo 1 de los 2 átomos deO

2se incorpora al sustrato orgánico, mientras que el otro es reducido a H

2O (también se denominan

oxigenasas de función mixta); las monoxigenasas microsomales requieren NADPH o NADH.

TIPO 2: TRANSFERASAS

● Transeren un grupo químico de una molécula a otra. Las quinasas son un grupo de transferasas quecatalizan la transferencia de un grupo fosfato desde un nucleósido trifosfato a otra molécula.

TIPO 3: HIDROLASAS● Catalizan reacciones de hidrólisis → Transferencia de grupos funcionales al agua.




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TIPO 4: LIASAS

● Catalizan la adición de grupos a dobles enlaces o la formación de dobles enlaces por eliminación degrupos.

● Aldolasas: catalizan la escisión reversible de enlaces C-C.

● Sintasas: catalizan reacciones de condensación, sin requerir la energía del ATP o de otros nucleósidostrifosfato.

TIPO 5: ISOMERASAS

● Catalizan la transferencia de grupos o dobles enlaces dentro de una misma molécula dando lugar aformas isoméricas. Si se cambia la posición de un grupo fosfato la enzima se llama mutasa.

TIPO 6: LIGASAS O SINTETASAS

● Catalizan la formación de enlaces C-C, C-S, C-O y C-N mediante reacciones de condensación acopladasa la rotura del ATP o un cofactor similar.

TIPOS DE ENZIMAS ATENDIENDO A SU MECANISMO DE ACCIÓN

CLASE SUBCLASE► Deshidrogenasas, reductasas, oxidasas, peroxidasas,

catalasa, oxigenasas e hidroxilasas

► Transaldolasas, transcetolasas, fosforiltransferasas,

quinasas y fosfomutasas

► Esterasas, glucosidasas, peptidasas, fosfatasas, tiolasas,

fosfolipasas, amidasas, desaminasas y ribonucleasas

► Descarboxilasas, aldolasas, hidratasas, deshidratasas,

sintasas y liasas

► Racemasas, epimerasas, isomerasas y mutasas

► Sintetasas y carboxilasas

► Oxidorreductasas

► Transferasas

► Hidrolasas

► Liasas

► Isomerasas

► Ligasas

MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICO● En condiciones biológicas las reacciones no catalizadas por enzimas suelen ser lentas.

● Para analizar las variaciones energéticas que ocurren durante una reacción química, se representa enun diagrama la variación de la energía libre de Gibbs (ΔG) frente al progreso de la reacción ( ΔG = Cantidadde energía capaz de realizar trabajo).

ΔG 0 = - RTln

[ P ] [ S ]

● En una reacción química espontánea (exergónica) la energía basal del sustrato es mayor que la delproducto, por lo que ΔG es menor que cero.

● La presencia de una enzima no modica la ΔG y no altera el equilibrio entre productos y sustratos, peroconsigue que se alcance el equilibrio antes.

● Las enzimas presentan un sitio de unión al sustrato denominado centro o sitio activo con el queinteracciona el sustrato y forma un complejo binario estabilizado por interacciones no covalentes: complejoenzima-sustrato (ES). Esta unión enzima-sustrato es altamente especíca.

E+S ES EP E +P




105


● Las características del centro activo están determinadas por la naturaleza de los aminoácidos quelo forman y la distribución espacial que adoptan (contiene las cadenas laterales de los aminoácidosinvolucrados en la catálisis de la reacción).

● Para que se produzca la transformación de sustrato en producto es necesario pasar por una situaciónintermedia de nivel energético superior, que supone la distorsión de enlaces y la orientación de gruposfuncionales: el estado de transición. Este estado es inestable y transitorio.

● Aunque la reacción sea espontánea se ha de superar una barrera energética conocida como energíade activación, que es la energía necesaria para alcanzar el estado de transición y marca la velocidad dela reacción:

- Energía de activación elevada → Reacción más lenta.

- Energía de activación baja → Reacción más rápida.

● Las enzimas aceleran la velocidad de reacción porque disminuyen la energía de activación.

● La energia de activación viene denida como la cantidad de energía que se requiere para convertirun mol de moléculas de sustrato desde el estado basal (forma estable de baja energía de la molécula) alestado de transición.

Diagrama de la coordenada de reacción

Recuerda Cuando en una reacción existen varios pasos, la velocidad global viene determina-da por el paso (o pasos) cuya energía de activación es más elevada; este paso sedenomina paso limitante de la velocidad.

Diagrama de coordenada de reacción (enzimas versus sin catalizar)

● Las enzimas disminuyen la energía de activación mediante 2 mecanismos principales:

1. Formación de enlaces covalentes o transferencia de grupos funcionales entre la enzima y el sustrato.

2. Interacciones no covalentes entre la enzima y el sustrato que van acompañadas de liberación deenergía libre (ΔG

B) llamada energía de unión o jación. Esta energía de unión es la principal fuente de

energía libre utilizada por las enzimas para disminuir la energía de activación de las reacciones.




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1. MODELOS DE INTERACCIÓN ENZIMA-SUSTRATO

a) Mo delo de la llave y la cerradura (Fisher, 1894)

● El lugar activo de la enzima se ajusta al sustrato de la misma manera que una cerradura a una llave.Explica la especicidad ES, pero no cómo se produce la reacción de forma eciente. Da una visión rígidade la enzima y no puede explicar el efecto de ligandos alostéricos.

● La formación del complejo ES es tan estable que cualquier transformación posterior haría que seperdieran interacciones, dando lugar a una situación menos estable y no se formaría el producto.

● Los enlaces iónicos, los puentes de hidrógeno y las interacciones hidrofóbicas contribuyen a la unión delsustrato al centro de jación.

b) Modelo del encaje inducido (Koshland, 1958)

● Modelo más dinámico y exible, aceptado actualmente.

● El sustrato interacciona con el centro activo de la enzima de forma especíca, lo que provoca un cambioconformacional en la enzima que permite la formación de interacciones débiles adicionales en el estadode transición, conduciendo a una complementariedad mayor enzima-sustrato.

Modelo del encaje inducido

CINÉTICA ENZIMÁTICA

● La cinética enzimática estudia la velocidad de una reacción y el modo en que ésta cambia en respuestaa parámetros experimentales.

● La velocidad de una reacción se dene como el cambio de la concentración de un reactivo o productopor unidad de tiempo.

● Las reacciones químicas se pueden clasicar según su comportamiento cinético en reacciones de primerorden, de segundo orden y de orden cero:

- Reacciones de primer orden: son reacciones del tipo A→ B en las que la velocidad depende únicamentede un sustrato y por lo tanto, la velocidad es directamente proporcional a la concentración delsustrato.

V= k [A]

k = Constante de velocidad. Expresada en unidades de tiempo-1

(s-1

).




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- Reacciones de segundo orden: son reacciones en las que intervienen 2 sustratos para dar un producto: A + B → C. La velocidad de formación del producto depende de la concentración de los sustratos. Si hayun único sustrato, la velocidad de la reacción es proporcional al cuadrado de la concentración de sustrato.

V = k [A] [B]

- Reacciones de orden cero: la velocidad es independiente de la concentración de sustrato. Puededepender de otros factores. Ej. Concentración de enzima.

Diagrama de velocidades iniciales de reacción frente a concentración de sustrato

● Diagrama de velocidades iniciales de reacción frente a concentración de sustrato:

1. Primera etapa: lineal → A bajas concentraciones de sustrato la reacción se comporta como si fuera deprimer orden. La velocidad solo depende de la concentración de sustrato.

2. Segunda etapa: curvilínea → A concentraciones de sustrato intermedias, los aumentos de laconcentración de sustrato conducen a menores aumentos en la velocidad de la reacción.

3. Tercera etapa → A partir de determinadas concentraciones de sustrato, aunque se sigan aumentandoesas concentraciones, la velocidad no varía (se alcanza una velocidad constante). La reacción sigue unacinética de orden cero.

Recuerda A bajas concentraciones de sustrato la velocidad es proporcional a la concentraciónde sustrato, pero a concentraciones elevadas de sustrato la enzima está saturada,por lo que la velocidad depende de la concentración de enzima.

1. CINÉTICA DE MICHAELIS-MENTEN

● La representación gráca del transcurso de reacción enzimática monosustrato muestra una curvahiperbólica (descrita por Michaelis y Menten).

K 1

K2

E+ S ES → E + PK

-1K

-1

K1= Constante de velocidad de formación de ES.

K-1 = Constante de velocidad de disociación de ES.

K2 = Constante de velocidad de formación y liberación del producto del lugar activo.

● De acuerdo con el modelo de Michaelis-Menten:

a) K-1 es despreciable en comparación con K

1.

b) La velocidad de formación del complejo ES es igual a su velocidad de descomposición (Hipótesis delestado estacionario).

V0= K2 [ES] Vmax= K2 [Et] Km=K

-1

+ K2

K1




108

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● Km se dene como la constante de Michaelis-Menten.

V0 =

Vmax

[S]è ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN

Km + [S]

● Km = Presenta unidades de concentración. Es equivalente a la concentración de sustrato a la cual

la V0 es la mitad de la V

max.

- Representa una medida de la anidad de la enzima por el sustrato: a mayor Km, menor anidad (solocuando K

2es limitante de la velocidad, K

2<<<<K

-1, así un valor elevado de K

m signica que K

-1 > K

1).

● Vmax

= Se alcanza cuando la enzima está saturada por el sustrato. Es dependiente de la concentraciónde enzima.

● Kcat

= Tiene unidades de s-1. Describe la velocidad limitante de cualquier reacción enzimática en

condiciones de saturación. Cuando la reacción enzimática tiene múltiples pasos, la K2 de la ecuación se

sustituye por Kcat

, que incorpora las constantes de velocidad de todas las reacciones entre ES y E+P.

Vmax

= Kcat

[Et]

- También se denomina número de recambio y se dene como el número de moléculas de sustratoconvertidas en producto por unidad de tiempo cuando la enzima está saturada con el sustrato.

● Kcat /Km = Eciencia catalítica o constante de especicidad. Medida de la capacidad de transformaciónde sustrato en producto. Permite comparar la eciencia de diferentes enzimas o de una misma enzimasobre distintos sustratos. Presenta unidades de constante de velocidad de segundo orden (M-1 s-1).

Efecto de la concentración de sustrato sobre la V 0 de una reacción catalizada por una enzima

2. TRANSFORMACIÓN DE LA ECUACIÓN DE MICHAELIS-MENTEN

a) Ecuación de Lineweaver-Burk (gráca de los dobles recíprocos)

1=

Km

+ 1

Vo

Vmax

[S] Vmax

Gráca de dobles recíprocos o de Lineweaver-Burk

● Pendiente = Km/Vmax.




109


● Punto de corte con el eje de ordenadas = 1/Vmax

.

● Punto de corte con el eje de abcisas = -1/Km.

● Esta transformación permite determinar Km y V

max con mayor facilidad y permite analizar los efectos de

los inhibidores con mayor exactitud.

b) Ecuación de Eadie-Hofstee

● Pendiente = -Km.

● Punto de corte con el eje de ordenadas = Vmax.

● Punto de corte con el eje de abcisas = Vmax

/Km.

c) Ecuación de Hanes-Woolf

● Pendiente = 1/Vmax

.

● Punto de corte con el eje de ordenadas = Km/V

max.

● Punto de corte con el eje de abcisas = -Km.

3. REACCIONES MULTISUSTRATO

● La mayoría de las reacciones bioquímicas catalizadas por enzimas comportan la reacción de dos o mássustratos, a menudo con la formación de múltiples productos.

● Las reacciones multisustrato se dividen en:

1. Reacciones secuenciales aleatorias

- Cualquiera de los sustratos puede ser el primero en unirse a la enzima.

2. Reacciones secuenciales ordenadas

- Existe un orden de unión determinado para los sustratos; un sustrato determinado es el que debe unirseprimero.

- En las reacciones secuenciales bisustrato se forma un complejo ternario ES1S2 no covalente.

V0= -Km. 1 + Vmax

[S]




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Tipos de reacciones multisustrato

3. Reacciones de doble desplazamiento o ping-pong

- Se une un sustrato, se libera un producto; se une un segundo sustrato y se libera un segundo producto.No forma un complejo ternario ya que el primer sustrato se libera como producto antes de la unión delsegundo sustrato. Ej. Enzimas quinasas.

4. INHIBICIÓN ENZIMÁTICA● Los inhibidores enzimáticos son moléculas que intereren en las reacciones enzimáticas haciéndolasmás lentas o deteniéndolas.

● Existen 2 tipos de inhibición.

a) Inhibición reversible● Son moléculas que se unen a la enzima mediante interacciones no covalentes.

● Alteran los parámetros cinéticos.

● Clases:

Inhibición competitiva (K m , V

max = ) → El sustrato y el inhibidor compiten por unirse al sitio activo de la

enzima. Mientras el inhibidor ocupe el sitio activo impide la jación del sustrato a la enzima. Normalmenteeste tipo de inhibidores presentan estructuras similares al sustrato. La inhibición puede revertirseaumentando la concentración de sustrato.

La Km observada en presencia de un inhibidor suele denominarse Km aparente.

Inhibición acompetitiva (V max

, K m

) → El inhibidor se ja a un sitio distinto del que se ja el sustrato enel sitio activo y se une exclusivamente al complejo ES.

Inhibición no competitiva (V max

, K m

= ) → El inhibidor se ja a un sitio distinto al centro activo y se unetanto a la E como al complejo ES.

Recuerda




111


Inhibición mixta (V max

, K m

, puede o ) → Combina la inhibición competitiva y acompetitiva.

Tipos de inhibición reversible

Inhibición competitiva, no competitiva y acompetitiva

b) Inhibición irreversible● Los inhibidores irreversibles se unen de manera covalente modicando grupos funcionales de la enzimaesenciales para su actividad, o bien forman una asociación no covalente muy estable.

● Este tipo de inhibidores no tienen un comportamiento cinético de Michaelis-Menten.● Su principal utilidad es el diseño de fármacos, pero también se usan para conocer el mecanismo dereacción de las enzimas inhibidas.

● Ej. Inactivadores suicidas → Compuestos poco reactivos hasta que se unen al sitio activo de unaenzima especíca, convirtiendo el centro activo en afuncional.

EJEMPLOS DE INACTIVADORES SUICIDAS

NOMBRE MECANISMO DE ACCIÓN

► Reacciona con iones metálicos de enzimas de la

cadena respiratoria

► Inhibe enzimas con serina en el lugar activo.Ej. Acetilcolinesterasa

► Como el DFP

► Como el DFP, pero inhibe la acetilcolinesterasa de

insectos

► Reacciona con la His 57 de la quimiotripsina

► Inhibe las enzimas de la síntesis de la pared celular

bacteriana

► Cianuro

► Diisopropil-uorofosfato(DFP)

► Sarín y sostigmina

► Paratión

► N-Tosil-L-Fenilalaninaclorometilcetona(TPCK)

► Penicilina




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ACTIVIDAD ENZIMÁTICA● Actividad enzimática: Es la cantidad de enzima capaz de transformar un 1µmol de sustrato por minutoa 25ºC en condiciones óptimas. Se mide en Unidades Internacionales (UI).

● Actividad especíca: Es el número de unidades enzimáticas por mg de proteína puricada. Constituyeuna medida de la pureza del preparado.

●

Factores que afectan a la actividad enzimática:- Concentración de enzima: cuando la enzima está saturada por el sustrato, la velocidad es directamenteproporcional a la concentración de enzima e independiente de la concentración de sustrato.

- Concentración de sustrato: la V0de una reacción es directamente proporcional a la [S] (a [E] cte) hasta

alcanzar la Vmax. En bioquímica las reacciones enzimáticas se estudian bajo condiciones de saturaciónde sustrato. El agotamiento de sustrato puede dar resultados falsamente bajos en sueros con elevadaactividad enzimática.

- Temperatura: el aumento de la temperatura conduce a un aumento de la velocidad de la reacción dentrode un intervalo determinado. Fuera de ese intervalo, la enzima pierde actividad. Existe una temperaturaóptima característica de cada enzima.

- pH: las enzimas tienen un pH óptimo o un intervalo de pH en el que su actividad es máxima; a valores

superiores o inferiores la actividad disminuye, ya que los cambios en el pH alteran el estado de ionizaciónde las cadenas laterales de los aminoácidos, afectando así a la anidad de la enzima por el sustrato.También se puede alterar la etapa de transformación del sustrato en producto si se modican los residuoscatalíticos.

Recuerda Existe una unidad de medición de la actividad enzimática denominada Katal → Indica la cantidad de enzima que transforma un 1 mol de sustrato por segundo. UnKatal es igual a 6.107 UI.

1. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

a) Control genético

● Inducción enzimática: síntesis de enzimas como respuesta a las necesidades metabólicas.

● Represión enzimática: inhibición de la síntesis enzimática por el producto nal (retroinhibición).

b) Compartimentalización

● La separación física de enzimas, sustratos y moléculas reguladoras en diferentes regiones ocompartimentos celulares permite a las células utilizar ecazmente los recursos energéticos disponibles.

c) Modicación reversible no covalente

● Presente en un tipo de enzimas reguladoras denominadas enzimas alostéricas, que unen de formareversible no covalente pequeñas moléculas que regulan su actividad (moduladores alostéricos o efectoresalostéricos).

d) Modicación covalente reversible

● Presente en otras enzimas reguladoras.

● Fosforilación: es la modicación reguladora más importante. 1/3 de las proteínas eucariotas estánfosforiladas. El mecanismo de fosforilación catalizado por quinasas generalmente conduce a lainactivación. El proceso contrario, la desfosforilación, es llevada a cabo por fosfatasas.

- Excepciones: enzimas activadas por fosforilación. Ej. Glucógeno fosforilasa, fosforilasa b quinasa ytriglicérido lipasa.

● Metilación.




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● Adenilación.

● Ubiquitinización: marca que destina a la degradación proteolítica.

● Miristilación.

● ADP-ribosilación.

e) Regulación de la actividad enzimática por proteolisis

● En algunas enzimas la activación se produce por escisión proteolítica de un precursor enzimático inactivodenominado ZIMÓGENO o PROENZIMA. Es irreversible. Ej. Coagulación de la sangre, activación delcomplemento o enzimas pancreáticas.

2. MEDIDA DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA● En el laboratorio la actividad enzimática se mide determinando la desaparición de sustrato o el incrementoen la concentración de producto por unidad de tiempo.

● Diversos métodos permiten seguir la cinética de reacción enzimática → Es posible siempre y cuando elproducto o el sustrato de la reacción presenten una propiedad analítica que sea medible en las condicionesde incubación → Vericar que la cinética de reacción es de orden cero (velocidad de reacción constante).

● Se ha de añadir el sustrato y las coenzimas en exceso.

● La técnica más frecuentemente empleada para determinar la actividad enzimática es la espectroscopíade absorción molecular .

Espectroscopía de absorción molecular: determina la concentración de un com-

puesto en disolución midiendo su absorbancia en la región del ultravioleta-visible.

A > absorbancia → > concentración (ley de Lambert-Beer). A veces es necesario aco-plar varias reacciones para tener un compuesto que absorba.

● Existen 2 formas de medir la actividad enzimática en la espectroscopía de absorción molecular: métodosde punto nal y métodos cinéticos.

a) Métodos de punto nal● La reacción se inicia por la adición del sustrato y se desarrolla durante un tiempo dado. Al nal de esteperiodo de tiempo la reacción se detiene y se mide la cantidad de producto formado.

● No permite comprobar la linealidad de la reacción durante toda la prueba (es decir, no permite comprobar la cinética de orden cero durante todo el proceso).

b) Métodos cinéticos

● Implican la medida continua del cambio de concentración en función del tiempo.

● Permiten comprobar la cinética de orden cero.● Son más rápidos y menos sensibles a las interferencias externas (como el color o la turbidez) que losmétodos de punto nal.

Recuerda La causa más frecuente de desviación de la linealidad se produce cuando la canti-dad de enzima es tan elevada que el sustrato se agota pronto y se produce unadisminución brusca de la actividad enzimática.

ENZIMAS REGULADORAS● Son enzimas oligoméricas, suelen presentar varias subunidades y en algunos casos, el sitio o los sitiosreguladores y el sitio activo se encuentran en diferentes subunidades.

● A menudo son las que catalizan la primera reacción de la ruta metabólica.

● Las enzimas reguladoras tienen sitios especícos de unión para dos clases de ligandos:

Recuerda




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a) Un sitio catalítico por el que se unen al sustrato especíco.

b) Uno o varios sitios reguladores por el que se unen a diversos efectores.

● La unión de un efector al sitio regulador cambia la conformación de la enzima alterando las propiedadescinéticas del sitio catalítico.

1. ENZIMAS ALOSTÉRICAS

● Presentan otras conformaciones inducidas por la unión de moduladores (pueden ser moduladoresactivadores o inhibidores):

1. Interacciones homotrópicas: cuando el sustrato y el modulador son idénticos (la misma molécula).

2. Interacciones heterotrópicas: cuando el modulador es una molécula diferente del sustrato.

● La cinética de las enzimas alostéricas presenta un modelo de CURVA SIGMOIDEA → Pequeños cambiosen la concentración de un modulador pueden producir grandes cambios en la actividad enzimática.

Enzima alostérica heterotrópica

Curvas de actividad de enzimas alostéricas en función de la concentración

● Presentanefecto COOPERATIVO: la unión del modulador a una de las subunidades produce un cambiode conformación que se transmite a las otras subunidades. Existen 2 modelos que explican el efectocooperativo de las enzimas alostéricas:

- Modelo SECUENCIAL o de KOSHLAND

Supone que la enzima es exible. La unión de un ligando a un protómero o subunidad de la enzimaoligomérica produce un cambio conformacional que se transmite a los protómeros adyacentes produciendoun aumento o disminución de la anidad de la enzima por el sustrato (Cooperatividad positiva y negativa).

- Modelo CONCERTADO, SIMÉTRICO o de MONOD

En este modelo la enzima existe en 2 estados: tenso (T) y relajado (R). Los sustratos y activadores seunen con mayor facilidad a la conformación R, mientras que los inhibidores tienen más anidad por la




115


conformación T. Las conformaciones de todos los protómeros de la enzima cambian simultáneamentecuando se une el primer efector. Solo explica la cooperatividad positiva y no permite conformacionesintermedias. Este es el modelo más aceptado.

Modelos de interacción alostérica. a) Concertado y b) Secuencial

SERÍN-PROTEASAS● Estas enzimas se diferencian entre sí porque cada una corta preferentemente una cadena polipeptídicaen el lado carboxilo de aminoácidos especícos.

● Todas las serín-proteasas poseen alrededor del centro activo un residuo de aspartato, uno de histidina yotro de serina (tríada catalítica).

● Además todas poseen un “bolsillo hidrofóbico” cerca del residuo de Ser del centro activo (en la serín-

proteasa tripsina este bolsillo es profundo y estrecho).

1. QUIMIOTRIPSINA

● Es una serín-proteasa que cataliza la rotura hidrolítica de enlaces peptídicos formando un intermediarioacil-covalente transitorio.

● Actúa especícamente sobre los enlaces peptídicos adyacentes a residuos de aminoácidos aromáticos(Trp, Phe, Tyr).

● Tríada catalítica: Asp102, His57 y Ser 195.

● El bolsillo hidrofóbico es ancho y el centro activo es hidrofóbico, capaz de acomodar cadenas lateralesde aminoácidos aromáticos.

ENZIMAS DE INTERÉS CLÍNICO

● La mayoría de las enzimas que se detectan en los líquidos corporales no se forman en éstos sino quese liberan a partir de las células. Algunas enzimas se forman especícamente para ser liberadas a lacirculación donde ejercen su función. Ej. Los factores de la coagulación.

● En general la actividad de la mayoría de las enzimas en sangre u otros líquidos corporales es baja.Cuando se produce un daño tisular o celular → Deterioro de la membrana celular → Liberación deenzimas al torrente circulatorio

● Isoenzimas → Son variantes estructurales de una misma enzima con idéntica actividad catalíticapero distinta localización (tisular o celular). Presentan propiedades físicas diferentes como la movilidadelectroforética o resistencia a la inactivación química y diferencias cuantitativas en las propiedadescatalíticas.

- Las isoenzimas, en general, se originan debido a la existencia de más de un locus génico que codica laestructura de la enzima.




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1. PRINCIPALES ENZIMAS CON INTERÉS CLÍNICO

a) Fosfatasa alcalina● Cataliza la hidrólisis de ésteres fosfato a pH alcalino (9-10).

● Se localiza en la membrana plasmática.

● Presenta diferentes isoenzimas en: hígado, hueso, intestino, placenta (durante el embarazo) y

leucocitos.● Aumentos siológicos de la fosfatasa alcalina:

- EMBARAZO (sobre todo en el último trimestre).

- CRECIMIENTO → Aumento de la fracción ósea. Actividad osteoblástica.

- COMIDA RICA EN GRASAS → Aumento de la isoenzima intestinal.

DISMINUCIÓN PATOLÓGICA

► Hipofosfatasia congénita

► Hipotiroidismo en niños

► Décit de vitamina C (escorbuto)

► Enfermedad celiaca

► Intoxicación por vitamina D

AUMENTOS PATOLÓGICOS

► Enfermedad hepática

●Colestasis obstructiva (mayores

aumentos)

Intrahepática: cirrosis biliar primaria,colangitis esclerosante.

Extrahepática: cálculos, tumores de la vía

biliar

► Hepatitis aguda, crónicas y cirrosis

► Enfermedad ósea: se debe al incremento

de la actividad osteoblástica. Marcador de

formación de hueso

● Enfermedad de Paget

● Tumores óseos osteoblásticos primarios

●Mieloma múltiple●Hiperparatiroidismo primario

●Osteomalacia y raquitismo

● Fracturas en consolidación

► Enfermedad intestinal

●Malabsorción grave

● La elevación de la isoenzima placentaria fuera del embarazo es signo de enfermedad neoplásica intestinal→ Isoenzima Regan o carcinoplacentaria.

b) Fosfatasa ácida● Cataliza la hidrólisis de ésteres fosfato a pH ácido.

● Está localizada en los lisosomas.

● Se encuentra en numerosos tejidos: hígado, glóbulos rojos, médula ósea y plaquetas, pero los nivelesmás elevados se encuentran en la próstata.

● Existe una isoforma resistente al tartrato que es muy útil en el diagnóstico de tricoleucemia yocasionalmente, en otras enfermedades linfoproliferativas.

● Se eleva en en el carcinoma prostático (aunque el PSA se considera más preciso como marcador deenfermedad prostática), en el mieloma múltiple, en crisis drepanocíticas, en osteopatías primarias y entrombocitosis.




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c) Gamma-glutamil transpeptidasa, GGT● Regula el transporte de aminoácidos a través de la membrana celular, catalizando la transferencia de ungrupo glutamilo desde el glutatión a aminoácidos libres.

● Está localizada en microsomas y en la membrana del retículo endoplásmico liso principalmente.

● Se encuentra fundamentalmente en: hígado, páncreas, bazo, pulmón y riñones.

● Es la enzima hepática más sensible en la detección de la OBSTRUCCIÓN BILIAR, COLANGITIS y

COLECISTITIS.● Además permite detectar el consumo crónico de alcohol; es muy útil en la detección sistemáticay evaluación de los pacientes alcohólicos. Los niveles están elevados en el 75% de los pacientes queconsumen alcohol de forma crónica.

AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LA GGT

► Hepatopatías●Hepatopatías agudas virales: aumento menor que el de las transaminasas

●Hepatitis crónicas virales●Hepatitis alcohólica: 3-5 veces los valores normales

●Cirrosis hepática●Colestasis●Hepatocarcinoma y metastásis hepáticas

► Consumo elevado de alcohol: es el indicador más sensible. Su aumento supera el de las

otras enzimas hepáticas

► Pancreatitis● Pancreatitis aguda: siempre se eleva

● Pancreatitis crónica: cuando hay inamación activa o afectación de vías biliares

► Toxicidad por medicamentos● Especialmente los que actúan como inductores enzimáticos

d) Aspartato aminotransferasa, AST -- Glutamato-oxalacetato-transaminasa, GOT● Es una transaminasa, transere un aminoácido a un cetoácido aceptor para dar lugar a aminoácidosdistintos a los originales. Requiere piridoxal fosfato como coenzima. Cataliza la reacción reversible:

Asp + α-cetoglutarato → OAA + Glu

● Presenta 2 localizaciones intracelulares: citoplasmática y mitocondrial. La isoenzima mitocondrialrepresenta en las células hepáticas el 80% de la actividad total de la AST.

● Es especialmente abundante en músculo cardiaco, hígado, músculo esquelético, riñón, cerebro,eritrocitos y pulmón.

Recuerda La AST se encuentra unas 40 veces más elevada en el interior del eritrocito quefuera por lo que la hemólisis aumentará los niveles de AST.

e) Alanina aminotransferasa, ALT -- Glutamato-piruvato-transaminasa, GPT● Es una transaminasa. Requiere piridoxal fosfato como coenzima. Cataliza la reacción reversible:

Ala + α- cetoglutarato → Pir + Glu

● Está localizada exclusivamente en el citosol.

● Presenta una localización tisular similar a la AST pero con mayor distribución a nivel hepático.




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AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LAS TRANSAMINASAS

► Hepatopatías

●Hepatopatías agudas: aumentan tanto la AST como la ALT (aumento menor de la AST

que de la ALT)

Viral: Una de las causas que produce mayores aumentos. VEB, CMV, VIH

Otros agentes infecciosos: aumentos más moderados. Brucelosis, tuberculosis,

ebre tifoidea, hongos, parásitos,…

Tóxico- farmacológica: aumentos muy marcados en la intoxicación con paracetamol

y tetracloruro de carbono

●Hepatopatía alcohólica: aumentos moderados. La AST aumenta más que la ALT. Un

cociente AST/ALT>2 sugiere enfermedad hepática alcohólica

●Hepatopatía autoinmune

●Cirrosis hepatica: aumentos moderados

●Colestasis: aumentos moderados, junto con fosfatasa alcalina aumentada el triple de su

valor normal

●Neoplasias primarias hepáticas y metastásis

► Pancreatitis aguda

► Enfermedades cardiovasculares: aumenta la AST

● Infarto agudo de miocardio: se eleva en suero a las 8-10 horas del IAM. Presenta un

pico máximo a las 36 horas y vuelve a la normalidad a los 3-4 días

► Enfermedades musculares esqueléticas: cursan con necrosis de los miocitos

●Rabdomiolisis

● Traumatismos musculares extensos

●

Distroas musculares● Triquinosis

f) Lactato deshidrogenasa● Cataliza la oxidación reversible de lactato a piruvato.

● Está localizada en el citosol.

● Es un indicador de destrucción celular sensible pero poco especíco.

● Existen cinco isoenzimas con distribución tisular diferentes, constituidas por 4 subunidades de 2 tipos: H y M.

- LDH-1 (H4): procede en un 60% del músculo cardiaco y en menor proporción de los eritrocitos.

- LDH-2 (H3M1): músculo cardiaco, eritrocitos y sistema reticuloendotelial.- LDH-3 (H

2M

2): pulmones.

- LDH-4 (H1M

3): riñones, placenta y páncreas.

- LDH-5 (M4): hígado y músculo esquelético.

● En el suero de personas sanas la isoenzima predominante es la LDH-2.

● Las isoenzimas presentan distinta movilidad electroforética, siendo la LDH-1 la de mayor migraciónanódica y la LDH-5 la de menor migración anódica.




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AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LA LDH

► Enfermedad cardiovascular ● Infarto agudo de miocardio: la elevación de la LDH comienza a las 12-18 horas del inicio

del IAM, la máxima elevación se produce a las 48-72 horas (3 a 4 veces el valor normal) y

vuelve a la normalidad a los 7-14 días. Aumenta la LDH-1. Se produce una elevación del

cociente LDH-1/ LDH-2● Otras enfermedades cardiovasculares: insuciencia cardiaca congestiva, arritmias,

valvulopatías, miocardiopatías, ebre reumática, ...

► Enfermedades hepáticas: aumentan principalmente las isoenzimas LDH-4 y LDH-5●Hepatitis agudas, crónicas y cirrosis●Colestasis obstructivas●Hepatocarcinoma y metástasis hepática: ascensos moderados y elevados

► Enfermedades hematológicas: aumentan LDH-1 y LDH-2.● Anemia hemolítica

●Anemia megaloblástica: el mayor aumento (hasta 10 veces el valor normal)●Síndrome mieloproliferativos agudos y crónicos● Linfomas

► Enfermedades musculares: rabdomiolisis, traumatismos musculares, distroas musculares,

mioglobinuria, triquinosis, quemaduras, ...

► Enfermedades pulmonares: a expensas de la LDH-3. Tromboembolismo pulmonar

● Los hematíes presentan una concentración 60 veces superior a la del suero por lo que la hemólisisproduce un aumento signicativo de los niveles sanguíneos de LDH.

g) Creatina quinasa, CK● Cataliza la fosforilación reversible de la creatina utilizando el fosfato del ATP, para poder almacenar energía en forma de fosfato de creatina.

● Se encuentra en el citosol y en la mitocondria.

● Es un dímero compuesto por 2 subunidades, M y B, cuya proporción varía según el tejido, dando lugara 3 isoenzimas:

a) BB o rápida (CK-1) → Localización mayoritaria en el cerebro.

b) MB o intermedia (CK-2) → Se encuentra en músculo cardiaco y en músculo esquelético.

c) MM o lenta (CK-3) → Músculo esquelético. Es la isoenzima mayoritaria en suero.




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AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LA CK

► Enfermedad muscular:●Miopatías congénitas: distroa muscular, distroa miotónica●Miopatías adquiridas: dermatomiositis o polimiositis. Elevaciones más de 20 veces elvalor normal●

Rabdomiolisis: elevación de más de 4 veces el valor normal► Enfermedades cardiovasculares:● Infarto agudo de miocardio:

- La CK total se eleva a las 5-6 horas del IAM. Alcanza el pico máximo a las 18 horas.Se normaliza a los 3 días- CK-MB aumenta a las 3-6 horas del IAM, alcanza el pico máximo a las 12-24 horas yse normaliza a las 48-72 horas depués del infarto. No es una iosenzima especíca- Cociente CK-MB/CK total: >5% → Lesión miocárdica- % de CK-MB >6% con respecto a la CK total → Indicativo de IAM

► Enfermedades cerebrales: accidente cerebrovascular; a expensas de la fracción CK-BB

● La CK puede encontrarse disminuida en: situación de pérdida de masa muscular (envejecimiento odesnutrición), 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 ymaltotriosa. Es una metaloenzima que necesita calcio para su actividad → No se puede determinar enplasma con anticoagulantes quelantes de calcio.

● Existen 2 isoenzimas principales: páncreas y glándulas salivales.

AUMENTOS PATOLÓGICOS DE LA AMILASA

► Enfermedades 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 lanormalidad 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, carcinomade páncreas

► Paperas: 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 pocodespués que los de la amilasa) y permanece elevada durante 5-7 días. La elevación supone de5 a 10 veces los valores normales. Es útil para el diagnóstico de pancreatitis aguda más tardía y presentamayor sensibilidad y especicidad en el diagnóstico de pancreatitis aguda que la amilasa●Otras enfermedades pancreáticas: pancreatitis aguda inducida por fármacos, pancreatitiscrónicas




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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 engliceraldehído-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 obtenciónde energía (músculo esquelético, músculo cardiaco, eritrocitos e hígado).

● Tiene interés su elevación en las enfermedades musculares esqueléticas:

- Distroa muscular: en la distroa 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 anticuerposmonoclonales o ensayo inmunoadsorbente enzimático.

● Durante el proceso de contracción muscular, la troponina T se une a la tropomiosina y la troponina I es uninhibidor que bloquea la contracción en ausencia de calcio.

● Las troponinas cardiacas son más sensibles a la lesión muscular y más especícas de lesión miocárdicaque la CK-MB.

● Son marcadores precoces de infarto agudo de miocardio → Se elevan a las 3-4 horas de la lesiónmiocárdica, alcanzando un máximo a las 14 horas y se normalizan a los 7-10 días (TnI) o a los 10-14días (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 infartode miocardio.

b) Mioglobina● La mioglobina es una proteína de pequeño tamaño presente en las células musculares esqueléticasy cardiacas.

● 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 (unas6 veces el límite superior de normalidad) y retorna a sus valores normales a las 24 horas.

● Muy sensible, pero poco especíco.




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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 díasSENSIBLE 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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9. VITAMINAS● Son moléculas orgánicas, presentes en los alimentos naturales, que el ser humano no puede sintetizar encantidades sucientes o en su totalidad y que se requieren en pequeñas cantidades para el mantenimientode 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 decoenzima.

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

- Descarboxilación oxidativa de α-cetoácidos: coenzima de la piruvato descarboxilasa y el complejoenzimático 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 asus conexiones con el músculo esquelético y a la función de diferentes neurotransmisores.

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

1. Beri-beri: cuadro causado por dietas ricas en carbohidratos y pobres en tiamina. Ej. Arroz. Los síntomasson: neuropatía periférica, agotamiento y anorexia, que producen degeneración cardiovascular, neurológicay muscular.

2. Síndrome de Wernicke-Korsakoff: cuadro de encefalopatía asociado a una disminución de la actividadtranscetolasa. Es frecuente su aparición en alcohólicos, ya que la ingesta de alcohol produce una menoringestión, absorción y depósito de tiamina, así como un aumento en su metabolismo. También se haasociado 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 uneal alcohol del azúcar: al ribitol).




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Estructura química de la rivoavina

● Las principales fuentes son: levadura, leche, clara de huevo, hígado y riñón.

● Las coenzimas avínicas son el monocleótido de avina (FMN) y el dinucléotido de avina y adenina(FAD). El FMN se forma por fosforilación dependiente de ATP a partir de la rivoavina. El FAD se forma poruna 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 metabólicascomo 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 avoproteínas. 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 B6 (piridoxina) en su coenzima funcional

y el FAD es necesario para la conversión del triptófano en niacina (vitamina B3).




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● Deciencia: Arrivoavinosis: muy poco frecuente. En personas desnutridas o alcohólicos y asociado con una bajaingesta de leche, huevos o carne. Síntomas poco especícos, que afectan principalmente al sistemaocular : hipersensibilidad a la luz, lagrimeo, pérdida de agudeza visual, opacidad corneal, … Tambiénpuede 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 (amidadel ácido nicotínico).

Estructura del ácido nicotínico y la nicotinamida

● El organismo puede sintetizar niacina a partir del aminoácido esencial triptófano, aunque solo se lleva acabo 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 ácidosgrasos) Ej. Lactato deshidrogenasa, malato deshidrogenasa, gliceraldehído 3-P deshidrogenasa, isocitrato

deshidrogenasa, ...● Deciencia:- Pelagra: décit nutricional de niacina. Enfermedad de las 3 “D”: dermatitis, diarrea y demencia.

- Otras patologías asociadas al décit 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).




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

Ácido pantoténico + ATP 4´ Fosfopantotenato + ADPPantoténico quinasa

4´ Fosfopantotenato + Cys + ATP 4´Fosfopantotenilcisteína + ADP + Pi4´Fosfopantotenoil cisteína sintasa

4´Fosfopantotenilcisteína 4´Fosfopantoteína + CO2

4´Fosfopantotenoil cisteína descarboxilasa4´Fosfopantoteína + ATP Desfosfocoenzima A + PPi

4´Fosfopantoteína adeniltransferasa

Desfosfocoenzima A + ATP Coenzima A + ADPDesfosfocoenzima 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 grupotiol 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 enla síntesis de colesterol.

● Deciencia: es sumamente rara debido a su amplia distribución en los alimentos. Síntomas: dolor decabeza, 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 ypiridoxamina, y sus fosfatos correspondientes.

Estructura química de la vitamina B6




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● El piridoxal y la piridoxamina son las formas principales halladas en los tejidos animales mientras que lapiridoxina se halla predominantemente en los vegetales. Las fuentes de vitamina B

6 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 siológicamente activa de la vitamina, la que predomina en plasma y actúa comocoenzima 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 delmetabolismo de aminoácidos (transaminación, descarboxilación, desaminación, racemización, escisiónaldólica, ...). Interviene en la síntesis del grupo hemo, de neurotransmisores y de esngosina. Es coenzimade la glucógeno fosforilasa.

Recuerda El PLP forma bases de Schiff → Formación de un intermediario entre el grupo al-dehído del PLP y el grupo ε-amino de un residuo especíco de lisina en el centroactivo de la enzima → Reacciones de transaminación y descarboxilación de ami-noácidos.

6. BIOTINA (VITAMINA B8)● Está constituida por un anillo tiofeno y un anillo imidazol fusionados, y una cadena larga de ácido valéricoen posición 4.

Estructura química de la biotina

● Las principales fuentes nutricionales son: hígado, yema de huevo, levaduras y leche. Además existe unaproducción endógena de biotina llevada a cabo por microorganismos de la ora 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 → Oxalacetato

Acetil-CoA → Malonil-CoA

Propionil-CoA → MetilMalonil-CoA

Metilcrotonil-CoA →

3-Metilglutaconil-CoA

Gluconeogénesis, lipogénesis

Biosíntesis de ácidos grasos

Metabolismo del propionato

Catabolismo de la leucina

Piruvato carboxilasa

Acetil-CoA carboxilasa

Propionil-CoA carboxilasa

3-Metilcrotonil-CoA carboxilasa




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● Deciencia: la deciencia de biotina es rara. Puede producirse como resultado de una absorciónintestinal defectuosa o por el consumo de huevos crudos, ya que la clara de huevo tiene una proteínadenominada avidina que se combina con la biotina impidiendo su absorción.

7. COBALAMINA (VITAMINA B12

)

● Consiste en un anillo de corrina (semejante al de las porrinas), formado por cuatro átomos de nitrógenoa los cuales se une un átomo de cobalto por medio de un enlace covalente coordinado. El anillo de corrinatambién se une al nucleótido 5,6-dimetilbenzoimidazol.

Estructura de la cobalamina

● La vitamina B12

es sintetizada exclusivamente por los microorganismos. En animales se encuentra enhígado, 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 actúancomo 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 lahomocisteína metiltransferasa o metionina sintasa, y de metiltetrahidrofolato a tetrahidrofolato (esencialpara la síntesis de timina).

- La desoxiadenosilcobalamina es coenzima de la metilmalonil-CoA mutasa, que cataliza latransformación de metilmalonil-CoA en succinil-CoA; esta enzima es importante en el metabolismo de losácidos grasos de número impar de átomos de carbono y en el metabolismo de los aminoácidos de cadenalateral ramicada.




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Reacciones en las que participa la vitamina B12

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

● Deciencia: El décit de vitamina B12

produce 2 tipos de alteraciones: hematológicas y neurológicas.También aparece aciduria metilmalónica e hiperhomocisteinemia/ hiperhomocistinuria.

- Anemia perniciosa: anemia megaloblástica + neuropatía. Se puede producir por décit de FI o por déciten la absorción de vitamina B

12:

Anemia megaloblástica → Debido a una síntesis defectuosa de DNA la médula ósea se hacemegaloblástica. 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 unpuente 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 produceen forma de poliglutamatos.

Recuerda




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● La forma de coenzima activa es el tetrahidrofolato que actúa como transportador de fragmentosmonocarbonados.

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 donael grupo metilo en la reacción catalizada por la timidilato sintasa.

- Interconversión de aminoácidos: conversión de serina en glicina, de histidina en ácido glutámico y dehomocisteína en metionina.

Metabolismo y función de los folatos en el organismo

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




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Reducción del folato

● El THF es un transportador de fragmentos monocarbonados en cualquier estado de oxidación (tanto enreacciones de biosíntesis como de degradación). La SAM (S-adenosilmetionina) solo transporta gruposmetilo en reacciones de biosíntesis. La serina es el principal transportador de unidades de carbono comogrupos metileno.

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

- Anemia megaloblástica.

- Defectos del tubo neural durante el desarrollo embrionario.

- Alteraciones cardiovasculares → Las concentraciones elevadas de homocisteína en sangre se asociancon 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 formaenol de la 2-cetol-1-gulofurano lactona. Se oxida de forma reversible a ácido dehidro-L-ascórbico, quetambién 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.




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ALGUNAS FUNCIONES DE LA VITAMINA C

► Síntesis de colágeno → Coenzima de prolil-hidroxilasa y de lisil-hidroxilasa

► Degradación de tirosina → Paso de p-hidroxifenilpirúvico a homogentisato, mantiene el cobre en estado reducido necesario para esta reacción

► Síntesis de noradrenalina → A partir de tirosina, por la enzima dopamina β-hidroxilasa

► Formación de ácidos biliares → Hidroxilación del colesterol a ácido cólico

► Favorece la absorción de hierro → Reducción a estado ferroso en el estómago

● Deciencia:

- Escorbuto: síndrome clásico de defciencia de vitamina C. Se caracteriza por hemorragias subcutáneas,debilidad muscular, problemas respiratorios, dolores óseo-articulares, hinchazón de encías y aojamientode dientes.

TABLA RESUMEN DE LAS VITAMINAS HIDROSOLUBLES

●VITAMINA COENZIMA FUNCIÓN DEFICIENCIA

Beri-beriSíndrome de Wernicke-Korsakoff Polineuritis alcohólica

Arrivoavinosis

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

Rara

Rara

Rara

Anemia perniciosaHomocisteinemia/Homocistinuria Aciduria metilmalónica

Anemia megaloblásticaDefectos del cierredel tubo neural Alteracionescardiovasculares

Escorbuto

Transportador de gruposaldehído activados:- Descarboxilaciónoxidativa deα-cetoácidos- Reacción de latranscetolasa

Grupos prostéticosen reacciones deoxidoreducción. Cadena respiratoria

Coenzimas de enzimasdeshidrogenasas

Transportador degrupos acilo en formade enlaces tioéster

Transportador degrupos amino

Coenzima en reaccionesde carboxilación

Transferencia degrupos metiloReagrupamientosmoleculares

Transportadorde fragmentosmonocarbonados

Agente reductor queparticipa en reaccionesde hidroxilación

TPP(Pirofosfato de tiamina)

FAD y FMN

NAD y NADP

CoA

PLP(Fosfato de piridoxal)

Biotina

MetilcobalaminaDesoxiadenosilcobalamina

THF (Tetrahidrofolato)

Ácido ascórbico

Tiamina(Vitamina B

1)

Rivoavina(Vitamina B

2)

Niacina(Vitamina B

3)

Ácido pantoténico(Vitamina B

5)

Piridoxina(Vitamina B

6)

Biotina(Vitamina B

8)

Cobalamina(Vitamina B

12)

Ácido fólico

Ácido ascórbico(Vitamina C)




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

● Se transportan en sangre en forma de lipoproteínas o unidas a proteínas jadoras especícas y suabsorción 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 2moléculas 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 dela 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 hígadotambién 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 paraformar 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 membranadel bastón, la membrana se hiperpolariza y disminuye la liberación de glutamato (neurotransmisorinhibidor), 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. Tambiénes intermediario en la síntesis de glucoproteínas.

● Deciencia:- 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 D

2.




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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 especíca. Enel hígado es hidroxilada en el C-25 pasando a 25-(OH)-vitamina D

3, 25-hidroxicolecalciferol o calcidiol.

En los túbulos renales proximales se produce la hidroxilación del calcidiol en el C-1 para dar lugar a lavitamina D activa → 1,25-(OH)

2-vitamina D

3, 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 jadora decalcio en las células epiteliales intestinales, la calbindina.

b) Favorece la resorción ósea.

c) Aumenta la reabsorción de calcio y fosfato por el riñón.

● Deciencia:- 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 formainadecuada dando lugar a huesos blandos y exibles.

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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● 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).● Deciencia:

- 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 sangreunidas 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.

● Deciencia: el décit de vitamina K produce hemorragias gastrointestinales, prolongación del tiempode protrombina, equimosis y hematuria. Neonatos con este décit vitamínico desarrollan la enfermedadhemorrágica del recién nacido.

TABLA RESUMEN DE LAS VITAMINAS LIPOSOLUBLES

VITAMINA FUNCIÓN DEFICIENCIA● Ciclo visual: forma parte delpigmento rodopsina localizadoen los bastones● Crecimiento y diferenciaciónde tejidos

● Favorece la absorción

intestinal de calcio y fosfato● Promueve la resorción ósea● Estimula la reabsorción renalde calcio y fosfato

Antioxidante natural: ● Protege de la peroxidación delos ácidos grasos poliinsaturados● Protege a la membrana delhematíe de la oxidación

Carboxilación de restos deglutámico en factores de

coagulación II, VII, IX y X

Ceguera nocturna

Osteomalacia en adultosRaquitismo en niños

Anemia hemolítica,trombocitosis y edema

Hemorragiasgastrointestinales

Vitamina A(RETINOL)

Vitamina D(CALCITRIOL)

Vitamina E(α-TOCOFEROL)

Vitamina K(NAFTOQUINONAS)




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BIOQUÍMICA METABÓLICA1. BIOENERGÉTICA Y METABOLISMO● El

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 lasrutas metabólicas.

● 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 ácidosnucleicos 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, CO

2 y NH

3). Las rutas catabólicas

liberan energía, parte de la cual se conserva mediante la formación de ATP y transportadores electrónicosreducidos (NADH, NADPH y FADH

2). 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 enmoléculas más complejas como lípidos, polisacáridos, proteínas y ácidos nucleicos. Las reaccionesanabólicas requieren aporte de energía, generalmente en forma de ATP, y poder reductor , en forma deNADH, NADPH y FADH

2. 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 regulaciónespecíca independiente. Además transcurren en compartimentos celulares diferentes. Ej. Catabolismode 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 estápróxima o por debajo de la Km, la velocidad de la reacción depende fuertemente de la concentración desustrato.

- Regulación alostérica: por un intermediario metabólico o coenzima que reeja el estado metabólicointerno 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




137


BIOENERGÉTICA● Es el estudio de las variaciones de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas. Lastransformaciones 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 nidestruida”.

b) Segunda ley

“En todos los procesos naturales aumenta la entropía del Universo; o lo que es lo mismo, si un proceso seproduce 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 absolutode 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 quecombina 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: Vró d tpí, H. Es el contenido calórico del sistema de reacción. Reeja el número y laclase 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 laaparición de productos.

● ΔS: Vró d trpí, S. Es una expresión cuantitativa del grado de desorden o libertad de unsistema. Los sistemas desordenados tienen una entropía elevada. La vaporización aumenta la entropíade un sistema.

● T: Temperatura absoluta.

Representación de las reacciones químicas según la entalpía




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

● La composición de un sistema de reacción tiende a cambiar hasta que se alcanza el equlibrio. Lasconcentraciones de reactivos y productos en el equilibrio denen la constante de equilibrio, Keq → Relación

entre las concentraciones molares (mol/L) de reactivos y de productos.

Kq = [Productos]

eq

[Reactivos]eq

● Vró d rgí br d Gbbs stádr (ΔG´º): Es la fuerza propulsora del sistema hacia elequilibrio en condiciones estándar (T=25ºC, P=1 atm, pH=7 y concentraciones iniciales de reactivos yproductos=1M). Indica en qué dirección y hasta qué punto transcurre una determinada reacción paraalcanzar el equilibrio en las condiciones ya mencionadas.

ΔG = ΔG´º + RT K´q● Cuando ΔG = 0 se alcanza el equilibrio. Sustituyendo en la ecuación anterior:

ΔG´º = - RT K´q

● Por tanto, la ΔG´º de una reacción química es una forma matemática alternativa de expresar su constantede equilibrio.

K´q ΔGó A [1M]

>1 Negativa La reacción transcurre hacia la derecha

1,0 Cero Se encuentra en el equilibrio

<1 Positiva Transcurre en sentido inverso

RelacioneS enTRe la Kéq, la ΔG´0 Y LA DIRECCIÓN DE LAS REACCIONESQUÍMICAS EN CONDICIONES ESTÁNDAR

Ojo Los valores de ΔG´º en las reacciones químicas secuenciales son aditivos. Estoexplica por qué una reacción termodinámicamente desfavorable (endergónica)puede ser impulsada en el sentido favorable acoplándole una reacción muy exer -gónica a través de un intermediario común.

TRANSFERENCIA DE GRUPOS FOSFORILO Y ATP● En el ser humano el ATP es el principal transportador de energía libre de las reacciones exergónicas alas reacciones endergónicas.

● El ATP presenta 3 fosfatos cargados negativamente unidos por 2 enlaces anhídrido fosfórico. La altaenergía de estos enlaces hacen del ATP un transportador eciente de energía.

● El ATP presenta una gran repulsión de carga en su molécula por lo que tiende a liberar esa tensión:

1. La hidrólisis disminuye la repulsión de cargas negativas en el ATP.

2. El ADP + Pi presentan una estabilidad por resonancia mayor que el ATP.

●

La forma activa del ATP está generalmente acomplejada con Mg

2+

.

Recuerda




139


Proceso de hidrólisis del ATP

● El ATP se puede escindir de 2 maneras:

- Escisión ortofosfatolítica: ATP → ADP + Pi (ΔG´º = -7,3 Kcal/mol). La más frecuente.

- Escisión pirofosfatolítica: ATP → AMP+ PPi (ΔG´º = -10,9 Kcal/mol).

● Existen otros compuestos con “FOSFATOS DE ALTA ENERGÍA” (ΔG´º de hidrólisis muy negativa).Dentro de este grupo, el ATP presenta una energía libre de hidrólisis con un valor intermedio.

ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR DE HIDRÓLISIS DE ALGUNOS COMPUESTOS FOSFORILADOS Y DE ACETIL-CoA

ΔGÓ (Kcal/mol)ΔGÓ (kJ/mol)

- 61,9

- 49,3

- 43,0

- 32,8

- 30,5

- 45,6

- 14,2

- 19,2

- 20,9

- 15,9

- 13,8

- 9,2

- 31,4

- 14,8

- 11,8

- 10,3

- 7,8

- 7,3

- 10,9

- 3,4

- 4,0

- 5,0

- 3,8

- 3,3

- 2,2

- 7,5

Fosfoenolpiruvato (PEP)

1,3 Bisfosfoglicerato(→ fsfgrt + P)

Fosfocreatina

ADP (→ aMP+ P)

ATP (→ aDP + P)

ATP (→ AMP + PPi)

aMP (ds + P)

PPi (→ 2 Pi)

Glucosa 1-P

Fructosa 6-P

Glucosa 6-P

Glicerol 1-P

Acetil-CoA

● En la escala de potencial de transferencia de grupo, debido a esta posición intermedia, el ATP puedetransportar energía desde compuestos fosfato de alta energía producidos por el catabolismo a compuestostales como la glucosa, convirtiéndolas en especies más reactivas.




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Recuerda En las reacciones de hidrólisis con variaciones de energía libre muy negativas, los pro-ductos son más estables que los reactivos por varias razones:a) En los reactivos, la tensión de enlace debida a la repulsión electrostática quedaliberada por la separación de carga.b) Los productos están estabilizados por ionización (ATP, acilfosfatos y tioésteres), porisomerización (tautomerización) o por resonancia Ej. La creatina liberada a partir de lafosfocreatina.

ETAPAS EN LAS RUTAS METABÓLICAS

1. CATABOLISMO

a) Etapa 1. Digestión de grandes macromoléculas para originar moléculas sencillas. Ej. Los polisacáridosse degradan a monosacáridos y las proteínas a aminoácidos.b) Etapa 2. Los monómeros se convierten en especies metabólicas intermedias más sencillas, de 2 C(acetil-CoA). Ej. Los monosacáridos, el glicerol y algunos aminoácidos se degradan hasta dar piruvato,que se oxida a acetil-CoA.c) Etapa 3. En esta última etapa convergen todas las rutas; el acetil-CoA se oxida completamente a CO

2 y

H2O en el ciclo de Krebs y la cadena de transporte electrónico produce ATP. Se produce una gran cantidadde energía.

2. ANABOLISMO

a) Etapa 1. Implica también al ciclo de Krebs, que suministra moléculas para las reacciones biosintéticas(el ciclo de Krebs es un nexo de unión entre el catabolismo y el anabolismo).

b) Etapa 2. Supone la transformación de los metabolitos del ciclo de Krebs en monómeros.

c) Etapa 3. Comprende la biosíntesis de macromoléculas a partir de sus monómeros.

Etapas del catabolismo Etapas del anabolismo




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2. METABOLISMO DE LA GLUCOSA

CATABOLISMO DE LA GLUCOSA: GLUCÓLISIS

● También denominada Ruta de Embden-Meyerhof-Parnas.

● Ruta degradativa de la glucosa, principal molécula energética del organismo.● Consiste en una serie de reacciones enzimáticas que tienen lugar en el citosol de todas las célulaseucariotas para rendir, a partir de una molécula de glucosa, 2 moléculas de piruvato.

Reacciones y fases de la ruta glucolítica

● La glucólisis consta de 10 pasos enzimáticos: 7 reversibles y 3 irreversibles.

● Consta de 2 fases:1. Fase preparatoria: se parte de glucosa y durante el transcurso se forman intermediarios fosforilados de6 C, para dar nalmente 2 moléculas de gliceraldehído 3-P (3 C). En esta fase no hay rendimiento netode ATP.

2. Fase de benecios: consiste en la conversión oxidativa del gliceraldehído 3-P a piruvato (3 C) conformación acoplada de ATP y NADH.

1. FASES DE LA GLUCÓLISIS

FASE PREPARATORIA

) Fsfró d gus gus 6-P. HeXoQUinaSa

● Reacción IRREVERSIBLE con consumo de ATP.




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● La HEXOQUINASA:

- No solo cataliza la fosforilación de la glucosa sino también de otras hexosas. Requiere Mg2+ para suactividad.

- Presenta diferentes isoenzimas, una de ellas es la GLUCOQUINASA, que está localizada exclusivamenteen el hepatocito y solo fosforila glucosa.

b) Conversión de la glucosa 6-P en fructosa 6-P. FOSFOGLUCOSA ISOMERASA● Reacción de isomerización.

● Se realiza a través de un intermediario enediol.

c) Fosforilación de la fructosa 6-P a fructosa 1,6-bisfosfato. FOSFOFRUCTOQUINASA-1● Reacción IRREVERSIBLE, con consumo de ATP.

● Si se supera esta fase se completa la glucólisis, ya que la fructosa 1,6-bisfosfato no tiene otros destinosmetabólicos.

d) Escisión de la fructosa 1,6 bisfosfato. ALDOLASA● Cataliza una condensación aldólica reversible para dar lugar a 2 triosas fosfato: gliceraldehído 3-P (G3P)y dihidroxiacetona-P (DHAP).

e) Interconversión de las triosas fosfato. TRIOSA FOSFATO ISOMERASA● Solo el G3P puede ser degradado en la glucólisis, por lo que la DHAP se convierte en G3P en un procesode isomerización. Se originan, por tanto, 2 moléculas de G3P.

FASE DE BENEFICIOS O DE GENERACIÓN DE ENERGÍA

● Incluye los pasos de liberación de energía, en los que parte de esta energía obtenida se conserva enforma de ATP y NADH.

) oxdó d grdhíd 3-P 1,3-bsfsfgrt. GliceRalDeHÍDo 3-PDeSHiDRoGenaSa

● Se genera el primer intermediario de alta energía y 2 equivalentes de reducción. El grupo aldehído seoxida hasta formar un acil fosfato con una elevada energía de hidrólisis. La reaccion transcurre con laformación de un intermediario tiohemiacetal.

● El yodoacetato y metales pesados, como el plomo o el mercurio, inhiben de forma irreversible la enzima.

b) Desfosforilación del 1,3-bisfosfoglicerato a 3-fosfoglicerato. FOSFOGLICERATOQUINASA● 1ª Fosforilación a nivel de sustrato con generación de ATP.

Recuerda Fosforilación a nivel de sustrato: Proceso que implica la formación de ATP portransferencia de un grupo fosforilo desde otro compuesto. Implica enzimas solu-bles e intermediarios químicos. Fosforilación ligada a la respiración: Implicaenzimas de membrana y un gradiente de protones para generar ATP.

c) Conversión del 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato. FOSFOGLICERATO MUTASA● Reacción de isomerización. El Mg2+ es esencial para esta reacción. La enzima contiene Hs en su centroactivo. Es necesaria la presencia del compuesto 2,3-BPG para iniciar el ciclo catalítico y es continuamenteregenerado por ese ciclo.

d) Deshidratación del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP). ENOLASA● Segunda reacción que genera un compuesto intermediario de energía elevada. La enolasa elimina unamolécula de agua del 2-fosfoglicerato para dar PEP.

● Esta reacción es inhibida por uorofosfato o uoruro.




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e) Desfosforilación del PEP a piruvato. PIRUVATO QUINASA● 2ª Fosforilación a nivel de sustrato.

● Reacción IRREVERSIBLE.

● La piruvato quinasa requiere K+ y Mg2+.

2. BALANCE GLOBAL DE LA GLUCÓLISIS

● 1ª fase: glucosa + 2 ATP → 2 gliceraldehído 3-P + 2 ADP● 2ª fase: gliceraldehído 3-P + 2 ADP + NAD+ + Pi → Piruvato + 2 ATP + NADH + H+ + H

2O

Global: glucosa + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi → 2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O

3. REGULACIÓN DE LA GLUCÓLISIS

● Se realiza principalmente sobre las enzimas reguladoras de la glucólisis, que son las que catalizan lasreacciones irreversibles:

- Hexoquinasa.

- Fosfofructoquinasa-1.

- Piruvato quinasa.

) Hxqus

● Enzima que cataliza la fosforilación de hexosas, normalmente de la D-glucosa. Requiere Mg 2+ para suactividad. Existen 4 isoenzimas.

● Las hexoquinasas I, II y III → Localizadas en las células musculares:

- Elevada anidad por la glucosa.

- Actúan normalmente a velocidad máxima.

- Las hexoquinasas I y II son inhibidas alostéricamente por su producto: glucosa 6-P.

● La hexoquinasa IV (glucoquinasa) → Localizada en los hepatocitos:

- Solo fosforila glucosa.- Presenta menos anidad por la glucosa que las hexoquinasas I, II y III; tiene una elevada Km → Senecesitan mayores concentraciones de glucosa para saturarla.

- Actúa cuando la concentración de glucosa en sangre es alta (después de las comidas). La glucosa estransportada a los hepatocitos, pasa al interior celular por acción del transportador GLUT-2 y se transformaen glucosa 6-P.

- No es inhibida por glucosa 6-P.

- Se inhibe por la unión reversible de una proteína especíca del hígado y esta inhibición es mucho másfuerte en presencia del efector alostérico fructosa 6-P.

- Cuando la concentración de glucosa es baja el hígado no compite por ella, quedando disponible para lostejidos con mayor demanda de energía.

- La baja concentración de ATP o la alta concentración de AMP inducen la transcripción del gen de laglucoquinasa.

b) Fosfofructoquinasa-1 (PFK-1)

● Control primario de la glucólisis.

● Etapa que compromete el paso de la glucosa a través de la glucólisis.

● Sometida a regulación alostérica:

- Activada por: elevadas concentraciones de ADP y AMP (especialmente), fructosa 2,6-bisfosfato yxilulosa 5-P.

- Inhibida por: exceso de ATP, citrato, H+ o presencia de otros combustibles, como ácidos grasos.




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Recuerda En la gluconeogénesis la reacción equivalente a ésta pero en sentido inverso (con-versión de fructosa 1,6-bisfosfato en fructosa 6-P) es la catalizada por la fructosabisfosfatasa-1 (FBPasa-1). Es inhibida alostéricamente por el AMP. La fructosa2,6-bisfosfato tiene el efecto contrario sobre la FBPasa-1: reduce la anidad porsus sustratos disminuyendo así la gluconeogénesis.

Regulación de la glucólisis

Metabolismo de la fructosa 2,6-bisfosfato

● Se sintetiza por la enzima fosfofructoquinasa-2 (PFK-2) en respuesta a señales hormonalesrelacionadas con la concentración de glucosa en sangre. Es un potente activador alostérico de la PFK-1en el hígado. La reacción inversa está catalizada por la enzima fructosa 2,6-bisfosfatasa (FBPasa-2).Estas 2 actividades enzimáticas distintas forman parte de una sola proteína bifuncional.

● Cuando descienden los niveles de glucosa sanguínea:

- Se estimula la síntesis y liberación de glucagón → Aumento de AMPc → Activación de una proteínaquinasa → Fosforilación del complejo bifuncional PFK-2/FBPasa 2 → Inhibición de la PFK-2 y activaciónde la FBPasa-2 → Disminución de los niveles de fructosa 2,6-bisfosfato → Inhibición de la glucólisis yestimulación de la gluconeogénesis.

● Cuando aumentan los niveles de glucosa sanguínea:

- Se libera la hormona insulina → Activación de una proteína fosfatasa→ Aumento de la PFK-2 → Aumentode las concentraciones de fructosa 2,6-bisfosfato → Inhibición de la gluconeogénesis y estimulación de laglucólisis.

Regulación de la concentración de fructosa 2,6-bisfosfato

c) Piruvato quinasa● Existen, al menos, 3 isoenzimas. Presentan diferente distribución tisular y responden a distintosmoduladores.

● Sometida a regulación alostérica:

- Activada por: AMP y fructosa 1,6-bisfosfato.

- Inhibida por: concentración elevada de ATP, acetil-CoA, Ala y ácidos grasos de cadena larga (indicadoresde disponibilidad de energía) → Inhiben todas las isoenzimas.

● La isoenzima hepática (forma L) está sujeta a una regulación adicional por fosforilación. Cuando hay




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baja concentración de glucosa sanguínea se libera glucagón, se activa una proteína quinasa que fosforilala piruvato quinasa, inhibiéndola. De este modo disminuye la utilización de glucosa por el hígadopreservándola para su exportación al cerebro y a otros órganos.

Recuerda La adrenalina estimula la glucólisis en el músculo pero la inhibe en el hígado.

Regulación de la PKA hepática

Ojo EFECTO PASTEUR: fenómeno de inhibición de la glucólisis cuando se pasa deausencia a presencia de oxígeno. En condiciones anaerobias el rendimiento nalde ATP es menor que en condiciones aerobias, por lo que en ausencia de oxígenola glucólisis debe funcionar más rápidamente.

4. caTaBoliSMo De la GlUcoSa en el HeMaTÍe

a) Ciclo de Rapoport-Luebering o ciclo del 2,3 BPG

● En los eritrocitos el paso catalizado por la fosfoglicerato quinasa se desvía por un proceso que disipaen forma de calor la energía del 1,3 BFG. En este ciclo, una enzima adicional, la BISFOSFOGLICERATOMUTASA, cataliza la conversión del 1,3 BFG a 2,3 BFG. El 2,3 BPG es convertido, a su vez, en3-fosfoglicerato por la 2,3 BFG fosfatasa.● De esta forma no hay producción neta de ATP, lo que es ventajoso para el eritrocito. Permite quecontinúe la glucólisis aún cuando la necesidad de ATP sea mínima. El hematíe tiene elevadas cantidadesde 2,3 BPG.

Recuerda En los eritrocitos la necesidad energética es cubierta en un 90% por la glucólisis.

Ciclo de Rapoport-Luebering




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5. ENTRADA DE OTROS MONOSACÁRIDOS EN LA RUTA GLUCOLÍTICA

● La glucólisis también sirve para catabolizar otros monosacáridos después de transformarlos en derivadosfosforilados.

a) Fructosa● Está presente como azúcar libre en muchas frutas y se obtiene también de la hidrólisis de la sacarosa.

● En el músculo y en el riñón, la fructosa se fosforila a fructosa 6-P por acción de la hexoquinasa y seincorpora a la glucólisis.

● En el hígado, la fructosa se fosforila originando fructosa 1-P por acción de la fructoquinasa.Posteriormente, una aldolasa escinde la fructosa 1-P en DHAP y gliceraldehído.

b) Galactosa● Procede principalmente de la hidrólisis del disacárido lactosa.

● En el hígado se fosforila a galactosa 1-P, por acción de la galactoquinasa.

● La galactosa 1-P se transforma en glucosa 1-P en una reacción de epimerización en la que participa elUDP. Finalmente se genera glucosa 6-P, que se incorpora a la glucólisis.

c) Manosa● Procede de la digestión de diversos polisacáridos y glucoproteínas presentes en los alimentos.

●Se fosforila a manosa 6-P por acción de la hexoquinasa; posteriormente, en una reacción de isomerización,se transforma en fructosa 6-P para incorporarse a la glucólisis.

Rutas de incorporación de otros monosacáridos a la glucólisis




147


6. TRANSPORTADORES DE MONOSACÁRIDOS

● El metabolismo de la glucosa y otros monosacáridos está limitado por su velocidad de captación por lascélulas y su fosforilación por la hexoquinasa.

TRANSPORTADOR LOCALIZACIÓN FUNCIÓN

● Ubicuo

● Membrana plasmática de

hepatocitos, islotes

pancreáticos, riñón e intestino

● Membrana plasmática de

las neuronas cerebrales

● Vesículas intracelulares

en células del músculo

esquelético, músculo cardiaco

y tejido adiposo

● Intestino (yeyuno), testículos y

espermatozoides

● Intestino delgado y riñón

● Túbulos renales

● Captación basal de glucosa

● En el hígado, eliminación

del exceso de glucosa de

la sangre; en el páncreas,

regulación de la liberación de

la insulina

● Captación basal de glucosa

● Captación de glucosa

estimulada por insulina. Las

vesículas se desplazan a la

membrana plasmática en

respuesta a la insulina

● Transporte de fructosa

● Absorción de glucosa

● Absorción de glucosa

GLUT 1

GLUT 2

GLUT 3

GLUT 4

GLUT 5

SGLT1

SGLT2

*Los transportadores GLUT transportan por mecanismo de difusión facilitada; los SGLT por transporte activo secundario.

DESTINOS METABÓLICOS DEL PIRUVATO

1. EN CONDICIONES ANAEROBIAS

a) Fermentación láctica● Tiene lugar en el CITOSOL celular.

● Se da en condiciones de hipoxia: músculo esquelético en ejercicio, plantas sumergidas o en las bacteriasdel ácido láctico.

● También se puede dar en presencia de oxígeno en células que carecen de mitocondrias y no puedenoxidar el piruvato a CO

2: eritrocitos.

● Esta ruta permite la regeneración del NAD+ necesario para el mantenimiento de glucólisis.

● Consiste en la reducción reversible del piruvato a lactato, catalizada por la lactato deshidrogenasa. Elpiruvato es el aceptor electrónico terminal.

Piruvato + NADH + H+ Lactato + NAD+

lDH




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b) Fermentación alcohólica

● Se da en levaduras y otros microorganismos.

● Fermentan la glucosa a etanol y CO2. Se lleva a cabo en 2 pasos:

Piruvato Acetaldehído Etanol

Piruvato descarboxilasa Alcohol dhTPP y Mg2+ Zn2+

● La enzima alcohol deshidrogenasa en los mamíferos cataliza la metabolización del etanol, la reacción eneste caso transcurre en sentido opuesto.

Ojo En la fermentación láctica y en la fermentación alcohólica el rendimiento neto apartir de una molécula de glucosa es de 2 moléculas de ATP.

Recuerda Fermentación → Rutas catabólicas productoras de energía (en forma de ATP) que

se producen sin un cambio neto del estado de oxidación de los productos en com-

paración con los sustratos.

Destinos metabólicos del piruvato

2. EN CONDICIONES AEROBIAS

● El piruvato se oxida a acetato (acetil-CoA), éste entra en el ciclo del ácido cítrico o ciclo de Krebs yse oxida a CO

2 y H

2O. El NADH formado por la deshidrogenación del gliceraldehído 3-P en la glucólisis se

reoxida nalmente a NAD+ mediante el paso nal de sus electrones al O2 en el proceso de la respiración

mitocondrial.

a) Descarboxilación oxidativa del piruvato

● Tiene lugar en la matriz mitocondrial de las células eucariotas. El piruvato obtenido en la glucólisis seoxida irreversiblemente para dar acetil-CoA (2 C) y CO2. Esta reacción está catalizada por el complejo

enzimático piruvato deshidrogenasa. En este proceso se genera NADH.

CO2

NADH+H+ NAD+




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Reacción global catalizada por el complejo piruvato dh

● El complejo piruvato deshidrogenasa está formado por 3 enzimas y 5 coenzimas o grupos prostéticosdistintos.

COMPLEJO PIRUVATO DESHIDROGENASA

ENZIMA GRUPO PROSTÉTICO REACCIÓNO COENZIMA CATALIZADA

TPP

Lipoato

FAD

Descarboxilación (eliminacióndel átomo de carbono delpiruvato). Produceacetaldehído

Transferencia del acetaldehídoa una molécula de CoA.El lipoato se reduce, dandolugar a 2 grupos tiol –SH

Regeneración de la forma

oxidada del lipoato

► E1. Piruvato dh

► E2. Dihidrolipoil transacetilasa

► E3. Dihidrolipoil dh

● Finalmente, los electrones de la oxidación son cedidos por el FADH2 al NAD+ formando NADH + H+.

Recuerda En la descarboxilación oxidativa del piruvato participan 5 coenzimas: TPP, lipoato,CoA, FAD y NAD+.

Descarboxilación oxidativa del piruvato por el complejo piruvato dh




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Regulación del complejo piruvato deshidrogenasa

● Regulación alostérica:

- Activado por: AMP, CoA y NAD+.

- Inhibido por: ATP, acetil-CoA, NADH (productos de la reacción) y ácidos grasos de cadena larga.

● Control por modicación covalente (fosforilación/desfosforilación):

- Afecta a la primera enzima del complejo: piruvato deshidrogenasa.

- Inactivación por fosforilación dependiente de una quinasa (esta quinasa es activada, entre otros, por ATP).

Factores de control de la regulación por modifcación covalente de la piruvato dh

b) Ciclo de Krebs, ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo del ácido cítrico● Es una ruta metabólica que forma parte del proceso de respiración celular de los organismos aerobios.

● En el ciclo de Krebs tiene lugar la oxidación de acetil-CoA procedente de los monosacáridos, ácidosgrasos y aminoácidos hasta producir CO

2 y energía química en forma de poder reductor. Este poder

reductor pasa a la cadena de transporte electrónico y a la fosforilación oxidativa para generar ATP.

● Tiene lugar en la MATRIZ MITOCONDRIAL de las células eucariotas. Todas las enzimas están localizadasen la matriz mitocondrial, salvo la succinato deshidrogenasa que está fuertemente unida a la membranamitocondrial interna.

● Participan moléculas de 2 a 6 C (pero no participan moléculas de 3 C).

Reacciones del ciclo de Krebs




151


● Consta de 8 reacciones, que tienen lugar en 2 fases:

- El grupo acetilo de 2 C del acetil-CoA entra en el ciclo al reaccionar con el compuesto de 4 C, oxalacetato(OAA).

- El OAA luego se regenera de forma que pueda reaccionar con otra molécula de acetil-CoA.

ENZIMAS DEL CICLO DE KREBS

ENZIMA REACCIÓN CATALIZADA

● Condensación del acetil-CoA con el OAA para dar CITRATO (6C). Se forma un intermediario tioéster citril-CoA ● Reacción que sigue el modelo del ajuste inducido

● Transformación de citrato en cis-aconitato mediantedeshidratación y del cis-aconitato en isocitrato porhidratación posterior ● La aconitasa contiene un centro ferro-sulfurado.El uorocitrato es un potente inhibidor de la aconitasa

● Descarboxilación oxidativa del isocitrato (6C)

en α- cetoglutarato (5C). Se forma un intermediariotransitorio, el oxalsuccinato. Enzima dependientede NAD+. En esta reacción s br naDH y co2

● Descarboxilación oxidativa. 3 enzimas: α-cetoglutaratodh, dihidrolipoil transacetilasa y dihidrolipoil dh. 5coenzimas: TPP, lipoato, CoA, FAD y NAD. Se libera CO2 y naDH ● El succinil-CoA tiene un enlace tioéster de alta energía

● Fosforilación a nivel de sustrato. Se sintetizasuccinato a partir de succinil-CoA. Se utiliza la energíaliberada por la descarboxilación oxidativa para sintetizarGTP. También se libera CoA● La enzima presenta un residuo de His en el centro activo

● Deshidrogenación. El succinato se oxida a fumaratopor acción de la avoproteína succinato dh. Contiene unamolécula de FAD unida covalentemente. Se libera FADH2.● El MALONATO es un análogo del succinato, que inhibecompetitivamente la succinato dh

● Hdrtó. Hidratación de fumarato para dar malato● Es una enzima altamente estereoespecíca

● Deshidrogenación. Enzima ligada a NAD que cataliza laoxidación de malato a OAA. Se libera NADH

► CITRATO SINTASAIrreversible

► ACONITASA

► iSociTRaTo DHIrreversible

► coMPleJo α-ceToGlUTaRaTo DH Irreversible

► SUCCINIL CoA SINTETASA

► SUccinaTo DH

► FUMaRaTo HiDRaTaSa (Fumrs)

► l- MalaTo DH

Recuerda - 4 reacciones REDOX: 3 dependientes de NAD+ y 1 de FAD.- 1 fosforilación oxidativa (GTP).- 2 descarboxilaciones oxidativas.- 2 deshidrogenaciones.- 1 hidratación.

● La oxidación completa de los grupos acetilo sigue el siguiente balance:

at-ca + 3 naD+ + FaD + GDP + P + 2 H2O → 2 CO

2 + 3 naDH + 3 H+ + FaDH

2 + GTP + ca-SH

● El NADH + H+ y el FADH2

se reoxidan a través de la cadena de transporte electrónico y la fosforilaciónoxidativa, siendo el O

2 el aceptor nal de los electrones con generación de ATP.




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● El GTP representa energéticamente lo mismo que el ATP y se puede transformar en ATP mediante lasiguiente reacción catalizada por la nucleósido difosfato quinasa:

GTP + ADP GDP + ATP

● Teniendo en cuenta la reacción de la piruvato deshidrogenasa y que cada molécula de glucosa genera 2de piruvato, la ecuación para el catabolismo de la glucosa a través de la glucólisis y del ciclo de Krebses la siguiente:

Gus + 2 H2o + 10 naD+ + 2 FaD + 4 aDP + 4 P → 6 CO

2 + 10 naDH + 6 H+ + 2 FaDH

2+ 4 aTP

Recuerda En la fosforilación oxidativa, el paso de 2 electrones desde el NADH al O2 conduce a la

formación de 2,5 ATP y el paso desde el FADH2 al O

2 rinde 1,5 ATPs.

Por cada molécula de acetil-CoA, el ciclo de Krebs rinde

3 NADH x 2.5 = 7.5 ATP

1 FADH2 x 1.5 = 1.5 ATP 10 ATPs / molécula de acetil-CoA

1 GTP = 1 ATP

● A medida que los intermediarios del ciclo de Krebs son retirados para servir como precursoresbiosintéticos se reponen mediante reacciones anapleróticas. De esta manera las concentraciones delos intermediarios del ciclo de Krebs permanecen prácticamente constantes.

PRINCIPALES REACCIONES ANAPLERÓTICAS

REACCIÓN ENZIMA TEJIDOS/ ORGANISMOS

Piruvato

carboxilasa

PEP

carboxiquinasa

PEP carboxilasa

Enzima málico

Hígado, riñón

Corazón,

músculo esquelético

Plantas superiores,

levaduras y bacterias

Eucariotas y bacterias

Pruvt + Hco3- + aTP oaa + aDP + P

PeP + co2 + GDP oaa + GTP

PeP + Hco3- oaa + P

Pruvt + Hco3- + naD(P)H Mt + naD(P)+

● La reacción anaplerótica más importante es la catalizada por la piruvato carboxilasa, que repone elOAA. Esta reacción requiere biotina. Esta enzima reguladora está sometida a modulación alostéricapositiva en presencia de acetil-CoA.




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Diagrama de las reacciones anapleróticas y anfbólicas del ciclo de Krebs

● El ciclo de Krebs es una vía ANFIBÓLICA, también proporciona intermediarios o precursores de rutasbiosintéticas (vía anabólica y catabólica al mismo tiempo). Ejemplos:

- CITRATO → Síntesis de ácidos grasos. Transporta las unidades acetilo desde la mitocondria al citosol.

- α -CETOGLUTARATO → Síntesis de aminoácidos.

- SUCCINIL-CoA → Precursor de las porrinas que se utilizan en la síntesis del grupo hemo y de loscitocromos.

- OXALACETATO → Se convierte en glucosa en la gluconeogénesis. También participa en la síntesis deaminoácidos, como el aspartato.

Regulación del ciclo de Krebs

● Existen 3 factores que regulan la velocidad del ujo a través del ciclo:

1. Disponibilidad de sustratos.

2. Inhibición por los productos acumulados.

3. Retroinhibición alostérica.

Disponibilidad de sustratos

●El aumento de OAA y acetil-CoA estimula fuertemente la formación de citrato y por consiguiente, el ciclode Krebs.

● La disponibilidad de acetil-CoA depende de la acción del complejo piruvato deshidrogenasa, mientras quela disponibilidad de OAA depende de la piruvato carboxilasa.

Inhibición por los productos acumulados y modulación alostérica

● Aumento del cociente [NADH]/[NAD+] → Inhibición de las reacciones de deshidrogenación (isocitratodeshidrogenasa, α-cetoglutarato deshidrogenasa y malato deshidrogenasa).

● Citrato sintasa:

- Inhibida por: succinil-CoA, citrato, ATP y NADH.

- Activada por: ADP.




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● Isocitrato deshidrogenasa:

- Inhibida por: ATP y NADH.

- Activada por: Ca2+ y ADP.

● α-tgutrt dshdrgs:

- Inhibida por: succinil-CoA y NADH.

- Activada por: Ca2+.

Recuerda El Ca2+ es un activador alostérico de la isocitrato deshidrogenasa y de la α-cetoglu-tarato deshidrogenasa → Señal para la contracción y aumento de la demanda de ATP.

Regulación del ciclo de Krebs

● En condiciones normales, la velocidad de la glucólisis y del ciclo de Krebs están relacionadas de maneraque solo se metaboliza a piruvato la glucosa necesaria para suministrar al ciclo de Krebs los grupos acetilodel acetil-CoA.

Ciclo del glioxilato: una variante anabólica del ciclo de Krebs

● Los vertebrados no son capaces de sintetizar glúcidos a partir de ácidos grasos o acetato.

● Sin embargo, en las plantas, ciertos invertebrados y algunos microorganismos (E.Coli y levaduras) elacetil-CoA puede servir como fuente de PEP para la síntesis de glúcidos.




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● Es una ruta cíclica que convierte 2 unidades acetilo en forma de acetil-CoA en succinato (4 C). Utilizaalguna de las enzimas del ciclo de Krebs pero evita las reacciones en las que se produce pérdida decarbonos.

Ciclo del glioxilato

● Tiene lugar en los glioxisomas, donde también ocurre la β-oxidación de los ácidos grasos.

● En este ciclo participan 5 enzimas, 2 de las cuales son especícas del ciclo del glioxilato:

- Isocitrato liasa → Enzima que convierte el isocitrato en glioxilato (2 C) y succinato (4 C).

- Malato sintasa → Cataliza la condensación del glioxilato con acetil-CoA para dar malato.

● El proceso es: Succinato → Fumarato → Malato → OAA → PEP → GLUCONEOGÉNESIS.

●En cada ciclo completado se incorporan 2 fragmentos de 2 C y se produce la síntesis neta de unamolécula de 4 C.

● La ecuación global del ciclo es la siguiente:

2 Acetil-CoA + NAD+ + 2 H2O → Succinato + 2 CoA + NADH + H+

c) Cadena transportadora de electrones y fosforilación oxidativa● Todos los pasos oxidativos en la degradación de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos convergen enesta etapa nal de la respiración celular en la que la energía de la oxidación en forma de equivalentes dereducción (NADH y FADH

2) impulsa la síntesis de ATP.

● Tiene lugar en la mitocondria, que está constituida por las siguientes partes:




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Estructura de la mitocondria

- Membrana mitocondrial externa: permeable a moléculas de pequeño tamaño e iones → Se mueven através de proteínas integrales de membrana denominadas porinas.

- Membrana mitocondrial interna: impermeable a la mayoría de moléculas de pequeño tamaño e iones,incluidos los protones. Contiene los componentes de la cadena respiratoria y la ATP sintasa.

- Espacio intermembrana: composición similar a la del citosol.

- Matriz mitocondrial: contiene el complejo de la piruvato deshidrogenasa, las enzimas del ciclo de Krebs(excepto la succinato deshidrogenasa), de la β-oxidación de los ácidos grasos y de las rutas de oxidaciónde aminoácidos.

Cadena transportadora de electrones

● El proceso comienza con la entrada de electrones en la cadena respiratoria. Estos electrones lleganen forma de equivalentes de reducción procedentes del metabolismo aerobio del piruvato. La cadenarespiratoria está formada por distintos transportadores localizados en la membrana mitocondrial interna

que actúan secuencialmente y están situados en orden creciente de anidad electrónica; su potencialde reducción aumenta de forma gradual (a mayor potencial de reducción, mayor es la tendencia a atraerelectrones).

● Los equivalentes de reducción ceden sus electrones a la cadena respiratoria hasta el aceptor nal, quees el O

2, y se reduce para dar agua.

● Hay 3 tipos de transferencias electrónicas:

- Transferencia directa de electrones (reducción de Fe3+ a Fe2+).

- Transferencia de un átomo de hidrógeno.

- Transferencia de un ión hidruro.

● En este proceso de transporte de electrones se transeren H+ desde la matriz mitocondrial al espacio

intermembrana, generándose un gradiente electroquímico que sirve para impulsar la síntesis de ATP apartir de ADP y Pi → Fosforilación oxidativa (Teoría quimiosmótica de Mitchell, 1961).

● Además del NADH y de las avoproteínas, en la cadena respiratoria hay otros 3 tipos de moléculastransportadoras de electrones:

1. Ubiquinona o coenzima Q → Es una benzoquinona liposoluble que contiene una cadena lateralisoprenoide. Debido a su hidrofobicidad y a su pequeño tamaño puede difundir libremente a través dela bicapa lipídica de la membrana mitocondrial interna y puede hacer de lanzadera de equivalentes dereducción. Transporta tanto electrones como protones, lo que le conere un papel central en el acoplamientodel ujo electrónico al movimiento de protones. Puede aceptar 1 ó 2 electrones.

2. Citocromos → Son proteínas con un grupo prostético hemo. Las mitocondrias tienen 3 tipos decitocromos, que se distinguen por diferencias en su espectro de absorción de luz (a, b y c). Los gruposhemo de los citocromos a y b están unidos de forma no covalente a sus proteínas asociadas, mientras queen los citocromos c están unidos de forma covalente a través de residuos Cys.




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3. Proteínas ferrosulfuradas → El hierro no se encuentra formando parte del hemo sino en asociacióncon átomos de azufre inorgánico o de residuos Cys de la proteína. Las proteínas ferrosulfuradas participanen transferencias de 1 electrón en las que se oxida o reduce 1 de los átomos de hierro de la agrupaciónferrosulfurada. Las proteínas ferrosulfuradas de Rieske son una variante de las anteriores en las que unátomo de hierro está coordinado con 2 residuos de Hys (en vez de Cys).

Complejos de la cadena respiratoria

1. Complejo I: NADH-ubiquinona oxidorreductasa o NADH deshidrogenasa

- Cataliza la transferencia de electrones desde el NADH hasta la ubiquinona. El complejo I es el componenteproteico más grande de la membrana interna. Contiene FMN y 6 centros ferrosulfurados (como mínimo). Ft trsfr drgó d 4H+ desde la matriz al espacio intermembrana.

Transferencia de electrones a través del complejo I

2. Complejo II: Succinato deshidrogenasa

- Complejo enzimático que participa en el ciclo de Krebs. Única enzima del ciclo de Krebs ligada a lamembrana mitocondrial interna. Este complejo consta de FAD, 3 centros Fe-S y citocromo b. Transerelos electrones desde el FAD

a la ubiquinona para dar ubiquinol QH

2.

3.Complejo III: Complejo citocromo bc 1 o ubiquinona-citocromo c oxidorreductasa

- Acopla la transferencia de electrones desde el ubiquinol (QH2) al citocromo c, trsprt d 4 H+

de la matriz al espacio intermembrana por cada par de electrones. El complejo III es un dímero con 2 unidades monoméricas de citocromo b, 2 centros Fe-S y una molécula de citocromo c

1.El ubiquinol se

oxida al tiempo que se reducen 2 moléculas de citocromo c.

Estructura del complejo III

Recuerda El citocromo c es una proteína móvil y soluble del espacio intermembrana. Despuésde que su grupo hemo acepte un electrón del complejo III, el citocromo c sedesplaza hacia el complejo IV para cederle su electrón.




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4. Complejo IV: Citocromo oxidasa.

- A través de este complejo son transferidos 4 electrones desde el citocromo c al O2, reduciéndolo a H

2O.

Por cada par de electrones s bmb 2 H+ al espacio intermembrana. Contiene dos citocromos,a y a

3, unidos cada uno de ellos a cobre.

Flujo de electrones y H + a través de la cadena respiratoria

- Por tanto, por cada par de electrones donados por el NADH a cada átomo de O2 s trr u ttd 10 H+ al espacio intermembrana.

RESUMEN DE LOS COMPONENTES DE LA CADENA TRANSPORTADORA DE ELECTRONES

COMPLEJO SUBUNIDADES COFACTORESPROTEICAS

43

4

Dímero con 11

subunidades

diferentes

13

1 FMN

6 centros Fe-S

1 FAD

3 centros Fe-S1 citocromo b

2 citocromos b

2 centros Fe-S

1 citocromo c1

2 iones cobre

1 citocromo a

1 citocromo a3

i: naDH-Ubqu xdrrduts

II: Succinato deshidrogenasa

III: Ubiquinona-citocromo c oxidorreductasa

IV: Citocromo oxidasa

Recuerda De forma minoritaria, diversos pasos en la ruta de reducción del oxígeno en lamitocondria tienen potencial para producir radicales libres reactivos que puedendañar las células. Estos pasos pueden ceder un electrón al oxígeno generando elradical superóxido (O

2-), lo que también puede conducir a la generación del radical

hidroxilo libre, OH-, aún más reactivo.

Fosforilación oxidativa

● Es el proceso por el cual la energía generada por la cadena de transporte electrónico impulsa lasíntesis de ATP mediante la fosforilación del ADP, catalizado por la ATP sintasa (Complejo V) → “ Teoría

quimiosmótica del acoplamiento “.




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● Esta teoría tiene las siguientes características principales:

- Al pasar los electrones a través de la cadena respiratoria se transportan H+ desde la matriz (en contra degradiente) y se liberan en el espacio intermembrana. Como consecuencia se crea un potencial eléctricoy un gradiente de H+ a través de la membrana interna. Este gradiente electroquímico de H+ se denominafuerza protón-motriz.

- Los H+ que se encuentran en exceso en el espacio intermembrana pueden volver a la matriz a favor degradiente de concentración mediante la ATP sintasa. De esta forma se produce la síntesis de ATP.

Modelo quimiosmótico

● El transporte electrónico provoca que los complejos I, III y IV muevan H+ a través de la membranamitocondrial interna desde la matriz al espacio intermembrana. Por tanto, el NADH + H + da lugar a unamayor transferencia de H+ que el FADH

2, lo que conduce a una mayor obtención de ATP.

Estructura y funcionamiento de la ATP sintasa

● La ATP sintasa mitocondrial es una ATPasa de tipo F que está embebida en la membrana mitocondrialinterna.

● Cataliza la formación de ATP a partir de ADP + Pi acoplado al ujo de protones desde el espaciointermembrana a la matriz.

Estructura de la ATP sintasa




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● La ATP sintasa tiene 2 componentes distintos:

- F1: proteína periférica de membrana, soluble en agua. Tiene 9 subunidades de 5 tipos distintos

(α3β

3γδε). Cada una de las 3 subunidades β tiene un sitio catalítico para la síntesis del ATP a partir de ADP

+ Pi. La fracción F1 aislada cataliza la hidrólisis del ATP (reacción inversa).

- Fo: proteína integral de membrana, insoluble en agua. Está compuesto por 3 subunidades, a, b y c.Contiene un canal para los protones. Es sensible a oligomicina.

- Tallo Fo-F1: constituido por las subunidades γ y ε de F1 que actúan de eje central. Se sujetan al anillo queforman las subunidades c de Fo.

● La entrada de 3 H+ desde el espacio intermembrana impulsa un movimiento rotatorio de 120º de Fo. Estegiro es aprovechado por F

1 para sintetizar una molécula de ATP a partir de ADP + Pi. Se necesita otro H +

más para la entrada del Pi en la matriz mitocondrial.

● Por tanto:

- Por cada par de e- que es transportado desde el NADH a través de la cadena respiratoria hasta el O2 se

bombean 10 H+ desde la matriz al espacio intermembrana. Se necesitan 4 H+ para impulsar la síntesis de ATP → 10/4 = 2,5. Este valor se denomina razón P/O: número de moléculas de ATP sintetizadas por cada

par de electrones transportados a través de la cadena respiratoria.

- Por cada par de e- que es transportado desde el FADH2a través de la cadena respiratoria hasta el O

2 se

bombean 6 H+ desde la matriz al espacio intermembrana (ya que el FADH2 se incorpora a la cadena en elcomplejo II) y se necesitan 4H+ para impulsar la síntesis de ATP. Razón P/O= 6/4 = 1,5 moléculas de ATP.

● La fuerza protón-motriz también sirve para impulsar otros procesos celulares. La membrana mitocondrialinterna es impermeable a las especies cargadas pero hay 2 sistemas especícos que transportan el ADP+ Pi citosólico a la matriz y el ATP generado al citosol:

1. Nucleótido de adenina translocasa → Translocasa integral de la membrana interna. Une ADP en elespacio intermembrana y lo intercambia con una molécula de ATP, que es transportada simultáneamentehacia el exterior. Es un cotransportador antiparalelo. Es inhibida especícamente por atractilósido(glucósido tóxico).

2. Fosfato translocasa → Cataliza el cotransporte paralelo de H2PO

4- y un H+ al interior de la matriz. Es

inhibido por mersalilo.

Nucleótido de adenina y fosfato translocasas

Lanzaderas de NADH + H +

● El NADH generado por la glucólisis en el citosol debe regenerarse a NAD+ en la cadena respiratoriamitocondrial para que la glucólisis pueda seguir funcionando.




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● Para ello, dado que la membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH + H+, se utilizanlanzaderas que transporten los equivalentes de reducción a la mitocondria.

● Una vez dentro de la mitocondria, los electrones son transferidos a la cadena transportadora de electronespermitiendo así la síntesis de ATP.

● Existen 2 tipos de lanzaderas: la lanzadera del aspartato-malato y la lanzadera del glicerol 3-P.

Lanzadera del aspartato-malato. Mitocondrias de hígado, riñón y corazón.

● Aprovecha el intercambio de aminoácidos e intermediarios del ciclo de Krebs entre el citoplasma y lamitocondria para introducir los electrones jados en el NADH + H+ durante la glucólisis.

● Participan OAA/Malato y Asp/Glu/α-cetoglutarato.

● Con esta lanzadera se generan 2,5 moléculas de ATP.

Lanzadera del aspartato-malato

Lanzadera del glicerol 3-P. Mitocondrias del músculo esquelético y el cerebro.

● Aprovecha un intermediario de la glucólisis, la DHAP, para reoxidar el NADH + H+, originando G3P.● Esta lanzadera cede los equivalentes de reducción desde el NADH a la ubiquinona y de ella al complejoIII, no al complejo I, con lo que solo proporciona energía para la síntesis de 1,5 moléculas de ATP por par deelectrones.

Lanzadera del glicerol 3-P




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Inhibidores del transporte electrónico y la fosforilación oxidativa

● Varias moléculas inhiben de forma especíca el proceso de transporte electrónico. El estudio de la cadenacon estos inhibidores, junto con la medida del potencial de reducción, ha permitido determinar el ordencorrecto de cada uno de los componentes de la cadena.

AGENTES QUE INTERFIEREN CON LA FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Y EL TRANSPORTE ELECTRÓNICO

TIPO DE INTERFERENCIA COMPUESTO ● Cianuro y CO: inhiben la citocromo oxidasa

● Antimicina A: bloquea la transferencia de e- desde el

citocromo b al c1

● Rotenona, amital y piericidina A: impiden la

transferencia desde un centro Fe-S a la ubiquinona

● Aurovertina: inhibe F1

● Oligomicina: inhibe Fo

● 2,4-dinitrofenol (2,4 DNP): transportador de H+

hidrofóbico. Difunde a través de la membrana

mitocondrial interna y tansporta los H+, disipando el

gradiente de protones

● Valinomicina: ionóforo de K+. Sustancia liposoluble

que une y transporta K+ a través de la membrana

mitocondrial interna. La mitocondria utiliza la energía

generada en el transporte electrónico para acumular

los cationes monovalentes en vez de producir ATP

● Termogenina: forma poros conductores de H+ en la

membrana mitocondrial interna del tejido adiposo marrón

► Inhibición de la transferenciaelectrónica

► Inhibición de la ATPsintasa

► Desacoplamiento

de la fosforilación yel transporte electrónico

● Los inhibidores del paso de e- al O2 (cianuro, monóxido de carbono o antimicina A) bloquean la síntesis de

ATP. Lo contrario también se cumple: la inhibición de la síntesis de ATP bloquea la transferencia electrónicaen mitocondrias intactas. La transferencia electrónica y la síntesis de ATP están obligatoriamenteacopladas; una reacción no tiene lugar sin la otra.

Oxidación global de la glucosa

● En la fosforilación oxidativa, el paso de 2 electrones desde el NADH al O2 conduce a la formación de 2,5

ATP y el paso de los electrones desde el FADH2 al O

2, 1,5 ATP:

- Por cada molécula de acetil-CoA el ciclo de Krebs rinde:

3 NADH x 2.5 = 7.5 ATP1 FADH

2 x 1.5 = 1.5 ATP

10 ATPs / molécula de acetil-CoA

1 GTP = 1 ATP

- El NADH citosólico ha de ser transportado a la mitocondria para la regeneración del NAD+. Atendiendoal tipo de lanzadera implicada se obtiene en su transporte 1,5 ATP ó 2,5 ATP. Por lo tanto, el rendimientoaeróbico total en la oxidación de 1 mol de glucosa a 6 CO

2 rinde:






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● Consta de 3 reacciones:

1) Oxidación de glucosa 6-P a 6-fosfogluconolactona. Glucosa 6-P deshidrogenasa (irreversible).

2) Hidrólisis de la 6-fosfogluconolactona a 6-fosfogluconato. 6-Fosfogluconolactonasa.

3) Descarboxilación oxidativa de 6-fosfogluconato a ribulosa 5-P. 6-Fosfogluconato deshidrogenasa(irreversible).

● En algunos tejidos la ribulosa 5-P se convierte en ribosa 5-P (precursora de la síntesis de nucleótidos)

por acción de la fosfopentosa isomerasa y la ruta de las pentosas naliza en este punto.

Fase no oxidativa

● En otros tejidos tiene lugar primero una reacción de epimerización a partir de la ribulosa 5-fosfato paragenerar xilulosa 5-P, catalizada por la ribosa 5-P epimerasa.

● Después tienen lugar una serie de reorganizaciones moleculares entre los diferentes monosacáridos:isomerizaciones, epimerizaciones y transferencias de fragmentos de 2 ó 3 C mediante enzimasTRANSALDOLASAS Y TRANSCETOLASAS:

- Transcetolasas: catalizan la transferencia de fragmentos de 2 C desde una cetosa a una aldosa.Siempre utiliza la misma cetosa, xilulosa 5-P, y siempre uno de sus productos es el G3P. Es una enzima

dependiente de TPP.- Transaldolasas: catalizan la transferencia de 3 C desde una cetosa a una aldosa. Utiliza la cadena lateralde una Lys para formar una base de Schiff con el grupo carbonilo de la cetosa. El aldehído aceptor seconvierte en alcohol.

Ruta de las pentosas fosfato

REACCIONES CATALIZADAS POR LA TRANSCETOLASA Y LA TRANSALDOLASA

REACCIÓN PRODUCTO ENZIMA

Grdhíd 3-P + Sdhptus 7-P

ertrs 4-P + Fruts 6-P

Grdhíd 3-P + Fruts 6-P

TRANSCETOLASA

TRANSALDOLASA

TRANSCETOLASA

Xus 5-P + Rbs 5-P

Sdhptus 7-P + Grdhíd 3-P

Xus 5-P + ertrs 4-P

● Las reacciones de la fase no oxidativa de la ruta son fácilmente reversibles, permitiendo la interconversiónde los monosacáridos.

● En la fase no oxidativa seis pentosas fosfato se convierten en cinco hexosas fosfato.




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● Los ciclos sucesivos dan lugar a la oxidación completa de la glucosa 6-P a CO2 y agua, con la máxima

generación de equivalentes reductores.

2 moléculas de G3P pueden convertirse en una molécula de fructosa 1,6 bisfosfato (gluconeogénesis) y la fructosa 1,6 bisfosfato se puede transformar en glucosa 6-P poracción de la FBPasa-1 y la fosfoglucosa isomerasa.

b) Regulación de la ruta de las pentosas fosfato● Depende de las necesidades de NADPH y ribosa 5-P:

- Necesidad celular de nucléotidos y ácidos nucleicos: el principal producto es la ribosa 5-P.

- Necesidad celular principal de NADPH (para síntesis de ácidos grasos): la fase no oxidativa generacompuestos que se convierten en glucosa 6-P para que de nuevo tenga lugar la fase oxidativa.

- Necesidad celular moderada de NADPH y de pentosas fosfato: la fructosa 6-P y el G3P generados en lafase no oxidativa son catabolizados a través de la glucólisis y el ciclo de Krebs.

● La enzima reguladora clave es la glucosa 6-P deshidrogenasa. Esta enzima está sometida a regulaciónalostérica:

- Activada por: NADP+, GSSG (glutatión oxidado) y glucosa 6-P.

- Inhibida por: NADPH.

● Además, la ingesta elevada de hidratos de carbono induce la síntesis de glucosa 6-P deshidrogenasa.

● Cuando disminuye la demanda de NADPH, la ruta de las pentosas fosfato se hace más lenta y la glucosa6-P se utiliza para la glucólisis.

2. VÍA DEL ÁCIDO URÓNICO

● Esta ruta es una vía alternativa de oxidación de la glucosa que genera ácido glucurónico, ácido ascórbicoy pentosas, sin consumo de ATP.

● Consiste en la generación de UDP-glucosa por la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa y en la oxidación

de la UDP-glucosa en el C-6 para convertirla en ácido glucurónico; el producto de esta oxidación es elUDP-glucuronato.

● El UDP-glucuronato es la forma activa del ácido glucurónico para las reacciones de incorporación a losproteoglucanos o su conjugación con hormonas esteroideas o con bilirrubina.

● Por otro lado, el UDP-glucuronato se reduce a L-gulonato, que es el precursor del ácido ascórbico enaquellos animales capaces de sintetizarla. El ser humano es incapaz de sintetizar ácido ascórbico ya quecarecen de la enzima L-gulonolactona oxidasa.

● El gulonato se puede oxidar hasta L-xilulosa, que a su vez se puede reducir a xilitol (reaccióndependiente de NADPH).

● Posteriormente se transforma en D-xilulosa 5-P, que se incorpora a la vía de las pentosas fosfato.

ANABOLISMO DE LA GLUCOSA: GLUCONEOGÉNESIS

● Es el proceso de síntesis de nuevas moléculas de glucosa a partir de precursores no glucídicos: lactato,piruvato, glicerol, propionato, ciertos aminoácidos (Ej. Alanina y glutamina) e intermediarios del ciclo deKrebs de 4, 5 y 6 C.

● Este proceso es importante para que la glucosa esté disponible para muchos tejidos, especialmente:cerebro, sistema nervioso, médula renal, tejidos embrionarios, testículos y eritrocitos → Utilizan glucosacomo principal combustible.

● Tiene lugar principalmente en el hígado, y en menor medida, en la corteza renal y en el intestino

delgado. Tiene especial importancia en el hígado para mantener los niveles de glucosa en sangre. Ocurreprincipalmente durante el ayuno prolongado o tras un ejercicio vigoroso.

Recuerda




166

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● La gluconeogénesis y la glucólisis no son rutas idénticas, aunque comparten varios pasos → 7 de las10 reacciones enzimáticas de la gluconeogénesis son la inversa de las reacciones glucolíticas. Hy 3reacciones gluconeogénicas irreversibles.

Rutas opuestas de la glucólisis y de la gluconeogénesis

● Las 3 reacciones irreversibles, también llamadas de circunvalación o rodeo de la gluconeogénesis, son:

1. Síntesis de PEP a partir de piruvato. Piruvato carboxilasa y PEP carboxiquinasa

- Tiene lugar en 2 reacciones enzimáticas:

Piruvato carboxilasa

- Cataliza la conversión de piruvato en OAA. Tiene lugar en la mitocondria. Reacción irreversible. Requiere ATP, biotina y manganeso.

Piruvato + HCO3

- + ATP → Oxalacetato + ADP + Pi

- Para poder utilizarlo en la gluconeogénesis, el OAA debe salir de la matriz mitocondrial y ser transportadoal citosol. La membrana mitocondrial no tiene transportador para el OAA por lo que debe reducirse a malatopor acción de la malato deshidrogenasa. Una vez en el citosol es reoxidado por la misma enzima para darde nuevo OAA.

Malato + NAD+ OAA + NADH + H+

PEP carboxiquinasa

- Reacción impulsada por la hidrólisis del GTP que transforma el OAA en fosfoenolpiruvato. Es una reaccióndependiente de Mg2+. Es reversible en las condiciones intracelulares. Presenta 2 isoenzimas: una delocalización mitocondrial y otra citosólica.

Oxalacetato + GTP PEP + CO2 + GDP

Ojo Cuando el lactato es el precursor gluconeogénico (ocurre en los eritrocitos o elmúsculo en anaerobiosis) es convertido previamente a piruvato en el citosol de loshepatocitos.

2. Hidrólisis de fructosa 1,6-bisfosfato a fructosa 6-P. Fructosa 1,6-bisfosfatasa

- Dependiente de Mg2+.

Fructosa 1,6-bisfosfato + H2O → Fructosa 6-P + Pi




167


3. Hidrólisis de glucosa 6-P a glucosa. Glucosa 6-fosfatasa

- Es la última reacción de la gluconeogénesis.

- Esta enzima se encuentra localizada en la cara luminal del retículo endoplásmico de los hepatocitos,células renales y epiteliales del intestino delgado (muy poco). Es dependiente de Mg2+.

- Dado que muchos tejidos como el cerebro y el músculo esquelético carecen de esta enzima, no soncapaces de suministrar glucosa a la sangre.

1. BALANCE ENERGÉTICO DE LA GLUCONEOGÉNESIS

2 Piruvato + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H+ + 4 H2O → Glucosa + 4 ADP+ 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+

● La síntesis de glucosa requiere 6 grupos fosfato de alta energía y 2 moléculas de NADH. Este alto gastoenergético es necesario para asegurar que la gluconeogénesis sea un proceso irreversible.

2. REGULACIÓN DE LA GLUCONEOGÉNESIS

● Las 3 enzimas reguladoras de la gluconeogénesis están sometidas a modulación alostérica:

- Piruvato carboxilasa: Activada por: acetil-CoA (indica disponibilidad de ácidos grasos como combustible).

Inhibida por: ADP.- Fructosa 1,6-bisfosfatasa: Activada por: citrato.Inhibida por: AMP y fructosa 2,6-bisfosfato.

- Glucosa 6-fosfatasa: Activada por: glucosa 6-P.

Regulación de la gluconeogénesis y de la glucólisis

3. SUSTRATOS GLUCONEOGÉNICOS

a) Lactato● Precursor gluconeogénico cuantitativamente más importante.




168

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● Se genera en las células que no poseen mitocondrias, como los eritrocitos, y en tejidos con bajaconcentración de oxígeno, como el músculo esquelético en ejercicio intenso.

● Ciclo de Cori:- El lactato generado en el músculo es liberado al torrente circulatorio y transportado al hígado dondese reoxida a piruvato. El piruvato se utiliza para generar nuevas moléculas de glucosa. La glucosa esvertida de nuevo a la sangre donde se transporta al músculo esquelético para regenerar las reservas deglucógeno. Este proceso consume 4 moléculas de ATP.

Ciclo de Cori

b) Glicerol● El catabolismo lipídico produce ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos se degradan a acetil-CoA y elacetil-CoA en los animales no se puede utilizar para sintetizar hidratos de carbono. El glicerol es transportadoal hígado donde se transforma primero en glicerol 3-P por la glicerol quinasa y posteriormente, en DHAPpor la glicerol fosfato deshidrogenasa, incorporándose a la gluconeogénesis.

c) Aminoácidos● Durante el catabolismo la mayoría de aminoácidos se convierten en piruvato o en intermediarios delciclo de Krebs que se oxidan dando OAA. Los aminoácidos que pueden experimentar una conversiónneta en glucosa se denominan glucogénicos (los más importantes: alanina y glutamina). Los únicos

aminoácidos que no generan precursores glucogénicos son leucina y lisina.

AMINOÁCIDOS GLUCOGÉNICOS

GRUPO DE ENTRADA AMINOÁCIDOS

AlaninaCisteína Glicina Serina Treonina Triptófano*

Arginina

GlutamatoGlutaminaHstdProlina

Isoleucina*MetioninaTreonina Valina

Fenilalanina* Tirosina*

Asparagina Aspartato

► PIRUVATO

► α-ceToGlUTaRaTo

► SUCCINIL-CoA

► FUMARATO

► oXalaceTaTo

* Estos aminoácidos también son cetogénicos




169


Ciclo de la glucosa-alanina: el músculo en ejercicio produce piruvato y éste, por transami-nación, se convierte en alanina. La alanina es transportada al hígado donde se convierte portransaminación en piruvato. El ciclo de la glucosa alanina tiene varios objetivos:

- Reciclado de α-cetoácidos entre el músculo y el hígado.

- Mecanismo de transporte de NH4+ al hígado para ser eliminado en el ciclo de la urea.

Ciclo de la glucosa-alanina

d) Propionato● El propionil-CoA se genera a partir de la degradación de algunos aminoácidos o de la oxidación de ácidosgrasos de número impar de átomos de carbono. Entra en la gluconeogénesis a través de su conversión ensuccinil-CoA y, éste a su vez, en OAA.

Ojo El etanol inhibe fuertemente la gluconeogénesis y puede provocar hipoglucemia: laalcohol deshidrogenasa genera NADH; el OAA tiende a reducirse a malato y deja

de estar disponible para la gluconeogénesis. Del mismo modo, el etanol tambiéninhibe la glucólisis.

Recuerda




170

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3. METABOLISMO DEL GLUCÓGENO● El glucógeno es un polisacárido de origen animal constituido por unidades sucesivas de glucosa unidaspor enlaces α (1→4), con ramicaciones de tipo α (1→6).

● Se almacena en forma de gránulos en el citosol de los hepatocitos (representa hasta el 10% de su peso)y en las células del músculo esquelético (1-2% de su peso).

● El hígado almacena glucógeno con la nalidad de mantener los niveles de glucosa sanguínea.● El músculo esquelético utiliza las reservas de glucógeno para cubrir sus necesidades energéticas.Ej. En ejercicio intenso.

● Es una reserva de energía a corto plazo, tanto aerobia como anaerobia, y la proporciona de formarápida.

CATABOLISMO DEL GLUCÓGENO: GLUCOGENOLISIS

● En el hígado, la glucogenolisis tiene lugar en periodos de ayuno con la nalidad de liberar glucosa a lasangre y mantener la glucemia, así como de permitir que los tejidos que dependen de glucosa puedan

utilizarla.● En el músculo, el catabolismo del glucógeno ocurre cuando se realiza un ejercicio intenso que requieraun mayor gasto energético.

● Este proceso implica:

- Fosforolisis: ruptura secuencial de unidades de glucosa de los extremos no reductores del polisacárido.Es llevada a cabo por la glucógeno fosforilasa que, utilizando fósforo inorgánico, rompe los enlacesα (1→4) y elimina el residuo de glucosa terminal en forma de glucosa 1-P. La glucógeno fosforilasa sedetiene cuando quedan cuatro residuos de glucosa para llegar al punto de ramicación (aquí la moléculaya no se denomina glucógeno sino dextrina límite).

Recuerda La glucógeno fosforilasa es dependiente de piridoxal fosfato (su grupo fosfatoactúa como catalizador ácido general; papel inusual de esta coenzima).

- Hidrólisis: la enzima desramicante, también llamada oligo α (1→6) a α (1→4) glucanotransferasao α (1→6) glucosidasa, hidroliza los enlaces α (1→6) en los puntos de ramicación. Esta enzima, porsu actividad glucosil-transferasa, transere los 3 residuos de glucosa más externos a un extremo noreductor cercano. Luego, elimina el único residuo de glucosa unido en cada ramicación por su actividadglucosidasa. El producto de esta última reacción es glucosa libre.

- El resultado nal de la acción de estas 2 enzimas es la degradación completa del glucógeno a glucosa1-P (producto principal) y glucosa.




171


Mesm e ó e góge fsfrs e ezm esrmte

● La glucosa 1-P se convierte en glucosa 6-P por acción de la fosfoglucomutasa en una reacciónreversible.

● La glucosa 6-P tiene 2 destinos diferentes atendiendo al tipo de tejido:

- En el músculo esquelético entra en la glucólisis.

- En el hígado se utiliza como sustrato gluconeogénico; sufre la acción de la glucosa 6-fosfatasa, quelibera glucosa a la sangre con el n de mantener la glucemia.

Hróss e gs 6-fsft r gs 6-fsfts e e RE

Ojo La glucosa 6-P formada en el citosol es transportada al interior del retículoendoplásmico para que la glucosa 6-fosfatasa actúe sobre ella. Esto lo hace através de un transportador especíco T1. El Pi y la glucosa resultantes salenmediante 2 transportadores distintos (T2 y T3); la glucosa pasa a la sangremediante el transportador GLUT2.

1. REGULACIÓN DE LA GLUCOGENOLISIS

a) Regulación de la glucógeno fosforilasa● En el músculo esquelético y en el hígado, la enzima es un dímero que se encuentra en 2 formasinterconvertibles:




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- Forma activa → Glucógeno fosforilasa a: fosforilada

- Forma inactiva → Glucógeno fosforilasa b: desfosforilada.

Regó r mó vete

● Músculo (actividad muscular intensa):

- La adrenalina activa la fosforilasa b quinasa, que cataliza la fosforilación de un residuo de Ser de la

glucógeno fosforilasa b transformándola en la forma más activa, glucógeno fosforilasa a.● Hígado:

- El glucagón transforma la glucógeno fosforilasa b en su forma activa glucógeno fosforilasa a.

● La adrenalina y el glucagón aumentan la concentración de AMPc→ Se activa la PKA → La fosforilasab quinasa se fosforila y se activa → A su vez, fosforila y activa la fosforilasa b → ACTIVACIÓN DE LAGLUCOGENOLISIS.

● Tanto en el músculo como en el hígado: cuando el músculo está en reposo o los niveles de glucosasanguínea vuelven a la normalidad, se activa una fosfoproteína fosfatasa 1 (PP1) o fosforilasa afosfatasa, que elimina los grupos fosforilo de la glucógeno fosforilasa a, y la convierte en su forma másinactiva, glucógeno fosforilasa b.

Regó e góge fsfrs r mó vete (fsf/esfsfró)

Regó str

● Músculo:

- El Ca2+

(señal de contracción muscular) se une a la fosforilasa b quinasa a través de su subunidad δ (lacalmodulina) y la activa → Se transforma la glucógeno fosforilasa b en glucógeno fosforilasa a y se activala glucogenolisis.

- El AMP se une también a la fosforilasa b quinasa y la activa.

- El ATP inactiva la fosforilasa b quinasa → Se inhibe la glucogenolisis.

● Hígado:

- La glucosa inhibe la glucógeno fosforilasa a y activa la fosfoproteína fosfatasa 1 (PP1) → Ocurre cuandolos niveles de glucosa sanguínea vuelven a la normalidad.

- La insulina también activa la PP1 e inhibe la glucogenolisis.




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Mecanismo de acción de la adrenalina y el glucagón

Recuerda - Hormonas: la insulina activa la glucólisis y la glucogenogénesis e inhibe la gluco-neogénesis y la glucogenolisis. La adrenalina, en el músculo, estimula la glucoge-nolisis e inhibe la glucogenogénesis, y en el hígado, activa la glucogenolisis.

- Receptores para hormonas: el hígado tiene receptores para insulina, glucagón yadrenalina (receptores α y β-adrenérgicos) mientras que el músculo tiene principal-mente receptores para la adrenalina (β-adrenérgicos) e insulina (carece de recep-tores para el glucagón).

BIOSÍNTESIS DEL GLUCÓGENO: GLUCOGENOGÉNESIS

● La biosíntesis de glucógeno tiene lugar tras una comida rica en hidratos de carbono, puesto que habrámucha cantidad de glucosa sanguínea disponible.

● Tiene lugar en el citosol celular.

● El primer componente de la glucogenogénesis es la glucosa 6-P.

1. FASES DE LA BIOSÍNTESIS DE GLUCÓGENO

a) Isomerización de glucosa 6-P en glucosa 1-P. FOSFOGLUCOMUTASA (reversible)

b) Síntesis de UDP-glucosa a partir de glucosa 1-P. UDP-GLUCOSA PIROFOSFORILASA● La polimerización de los monosacáridos se produce a partir de la UDP-glucosa.

Glucosa 1-P + UTP → UDP-glucosa + PPi




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Ojo Esta reacción se considera reversible, aunque en términos globales estádesplazada hacia la derecha, ya que el pirofosfato se hidroliza inmediatamente yde forma irreversible a fosfato inorgánico.

c) Síntesis de glucógeno a partir de UDP-glucosa. GLUCÓGENO SINTASA Y ENZIMARAMIFICANTE

● La UDP-glucosa es el dador inmediato de residuos de glucosa al extremo no reductor de una molécularamicada de glucógeno.

● La primera enzima que actúa es la glucógeno sintasa, que une las moléculas de UDP-glucosa medianteenlaces α (1→4).

● La glucógeno sintasa no puede iniciar “de novo” la síntesis de glucógeno y requiere de un cebador:una cadena de poliglucosa, de 8 residuos de glucosa como mínimo, unidos por enlaces α (1→4). Estacadena es proporcionada por una proteína cebadora denominada glucogenina, que con su actividadglucosiltransferasa transere un residuo de glucosa desde la UDP-glucosa al grupo hidroxilo de la Tyr dela glucogenina.

● Para formar los enlaces α (1→6) que se encuentran en los puntos de ramicación se requiere de unaenzima ramicante ó amilo (1→4) a (1→6) transglucosilasa. Esta enzima transere un fragmentoterminal de 6 ó 7 residuos de glucosa desde el extremo no reductor de una rama de glucógeno de, almenos, 11 residuos al grupo hidroxilo situado en la posición 6 de un residuo de glucosa en un punto interiorde dicha rama.

● Se requieren 2 ATPs por molécula de glucosa incorporada.

2. REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE GLUCÓGENO

a) Regulación de la glucógeno sintasa● La glucógeno sintasa es una proteína tetramérica regulada por:

Fsf/esfsfró

● Se encuentra en el hígado y en el músculo esquelético bajo 2 formas:- Forma activa → Glucogéno sintasa a: desfosforilada.

- Forma inactiva → Glucógeno sintasa b: fosforilada.

● La glucógeno sintasa puede ser fosforilada por, al menos, 11 quinasas diferentes, entre ellas la PKA(activada por glucagón y adrenalina) y la glucógeno sintasa quinasa 3 (GSK3), que es la quinasareguladora más importante en la inactivación de la glucógeno sintasa.

● La fosfoproteína fosfatasa 1 (PP1) desfosforila la glucógeno sintasa y la activa.

● La insulina inactiva la GSK3 y activa la PP1, favoreciendo el paso de glucógeno sintasa b a glucógenosintasa a: activa la glucogenogénesis.

Mó str

● La glucógeno sintasa también está sometida a regulación alostérica tanto en el hígado como en elmúsculo: la glucosa 6-P es un activador alostérico de la glucógeno sintasa.

La PP1 también está sometida a regulación por modicación covalente y alostérica. Seinactiva por la PKA (a su vez activada por el AMPc, que se comporta por tanto, como inhibidoralostérico de PP1) y se activa alostéricamente por la glucosa 6-P. La actividad de la PP1 secontrola a su vez por una proteína llamada inhibidor de la fosfoproteína fosfatasa-1 (PI-1),que cuando está fosforilada es activa e inhibe a PP1.

AMPc → + PKA → + PI-1 → - PP1→ - Glucógeno sintasa

Recuerda




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Efet e GSK3 sbre góge sts

RESUMEN DE LA GLUCOGENOLISIS/GLUCOGENOGÉNESIS

1. GLUCAGÓN

● Hormona sintetizada por las células α de los islotes de Langerhans del páncreas. Es hiperglucemiante. Activa la gluconeogénesis a partir de lactato y aminoácidos y activa la glucogenolisis. Presenta receptoresen el hígado y no presenta receptores en el músculo esquelético.

● Activa la glucogenolisis hepática e inhibe la glucogenogénesis hepática:

- Disminución de la glucemia → + Glucagón → Se une a sus receptores en el hepatocito → Activa laadenilato ciclasa → + AMPc → Activación de la PKA:

a) Fosforila y activa la fosforilasa quinasa → Fosforila la glucógeno fosforilasa → + GLUCÓGENOFOSFORILASA → + GLUCOGENOLISIS.

b) Fosforila la glucógeno sintasa y la inactiva → - GLUCOGENOGÉNESIS.

2. ADRENALINA

● Hormona liberada por la médula suprarrenal. Posee receptores principalmente en el músculo aunquetambién en el hígado. Uno de los estímulos para su liberación es el ejercicio intenso.

● Activa la glucogenolisis muscular e inhibe la glucogenogénesis muscular:

- Ejercicio muscular intenso o estrés emocional → Incremento de la demanda energética de glucosa → + Adrenalina → Se une a sus receptores en los miocitos → Activación de la adenilato ciclasa → + AMPc →

Activación de la PKA:a) Fosforila y activa la fosforilasa quinasa → Fosforila la glucógeno fosforilasa → + GLUCÓGENOFOSFORILASA → + GLUCOGENOLISIS.

b) Fosforila la glucógeno sintasa y la inactiva → - GLUCOGENOGÉNESIS.

3. INSULINA

●Hormona proteica liberada por las células β de los islotes de Langerhans pancreáticos. Es hipoglucemiante.

● Activa la glucólisis y la glucogenogénesis e inhibe la gluconeogénesis y la glucogenolisis:

- Aumento de la glucemia → + Insulina → Receptores en hígado y músculo esquelético → Activa lafosfoproteína fosfatasa 1 (PP1):

a) Desfosforila la glucógeno fosforilasa y la inactiva → - GLUCOGENOLISIS.b) Desfosforila la glucógeno sintasa y la activa → + GLUCOGENOGÉNESIS.




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4. PATOLOGÍA DEL METABOLISMO GLUCÍDICO

DIABETES

1. DIABETES MELLITUS

● Es una enfermedad en la que se encuentra alterada la capacidad de metabolizar la glucosa debido a unfallo del páncreas para producir insulina o a la resistencia de los tejidos a la acción de la misma.

● Existen 2 tipos principales de diabetes mellitus:

a) Diabetes mellitus tipo I

- Diabetes insulinodependiente.

- Se debe a la presencia de anticuerpos frente a las células β del páncreas productoras de insulina → Enfermedad autoinmune. Asociación con alelos HLA DR3 y DR4.

- Se desarrolla durante la infancia o adolescencia.

- Debido a la incapacidad para captar la glucosa, el músculo y el tejido adiposo utilizan los ácidos grasoscomo fuente de energía. La degradación de los ácidos grasos lleva a la síntesis de cuerpos cetónicos

(acetoacetato y β-hidroxibutirato)→ Cetoacidosis.

b) Diabetes mellitus tipo II

- Diabetes no insulinodependiente.

- Se desarrolla preferentemente en adultos de más de 40 años.

- Es más frecuente que la de tipo I y está relacionada con la obesidad: resistencia de los tejidos a la acciónde la insulina.

2. DIABETES TIPO MODY (DIABETES DE APARICIÓN MADURA EN LOS JÓVENES)

● Se debe a mutaciones genéticas que afectan a un factor de transcripción importante en la señal deinsulina al núcleo o mutaciones en enzimas que responden a la insulina. Se han encontrado mutacionesen los genes que codican para el factor nuclear del hepatocito (HNF). Las mutaciones en el gen HFN1Ason la causa más común de MODY.

● Una de las más frecuentes es la diabetes MODY de tipo 2, que se debe a mutaciones en el gen dela glucoquinasa. Es autosómica dominante. Los individuos con mutaciones en ambas copias del genpresentan diabetes neonatal permanente.

DEFECTOS ENZIMÁTICOS DE LA GLUCÓLISIS

1. DÉFICIT DE PIRUVATO QUINASA

● La piruvato quinasa es una de las enzimas reguladoras de la glucólisis y cataliza el paso de PEP apiruvato con generación de ATP. Es codicada por un gen localizado en el brazo largo del cromosoma 1.

● Su déficit se asocia con anemia hemolítica grave debido a que en los eritrocitos, carentes demitocondrias, la ruta glucolítica es la principal vía para la obtención de energía.

● Se hereda de forma autosómica recesiva.

2. DÉFICIT DE FOSFOGLUCOSA ISOMERASA

● Esta enzima cataliza la isomerización reversible de glucosa 6-P en fructosa 6-P. También participa en lagluconeogénesis catalizando la reacción inversa. Es codicada por un gen presente en el cromosoma 19.

● Su décit causa anemia hemolítica entre moderada y grave. El bazo aumenta de tamaño y los pacientespueden desarrollar cálculos biliares.




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DEFECTOS DE LA RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO

1. DÉFICIT DE GLUCOSA 6-P DESHIDROGENASA

● La glucosa 6-P deshidrogenasa es la primera enzima de la fase oxidativa de la ruta de las pentosasfosfato. Cataliza el paso de glucosa 6-P a 6-fosfogluconolactona con producción de NADPH + H+.

● Es la eritroenzimopatía más frecuente del mundo.

● Es una enfermedad recesiva ligada al cromosoma X.

● Presenta una elevada prevalencia, especialmente en África y Asia, zonas donde la malaria esendémica. El crecimiento de Plasmodium falciparum está inhibido en personas con décit de glucosa 6-Pdeshidrogenasa, ya que el parásito no soporta el estrés oxidativo que genera el décit enzimático. Por estemotivo la selección natural mantiene el décit de glucosa 6-P.

● El décit de glucosa 6-P deshidrogenasa limita la regeneración de NADPH, esencial para proteger a lascélulas del daño oxidativo. Los pacientes con deciencia sufren un fenómeno de peroxidación lipídica quelleva a la rotura de la membrana eritrocitaria → Anemia hemolítica.

● La mayor parte de los pacientes son asintomáticos y solo maniestan los síntomas ante determinadosfactores desencadenantes, como tratamientos con algunos fármacos (Ej. Ácido nalidíxico, nitrofurantoína,

primaquina o sulfametoxazol) o la ingesta de habas, favismo (contienen divicina que es oxidante).

2. SÍNDROME DE WERNICKE-KORSAKOFF

● Está causado por un décit grave de tiamina o vitamina B1.

● Se presenta especialmente en personas alcohólicas ya que el alcohol disminuye la absorción intestinalde tiamina.

● Las mutaciones en el gen que codica para la transcetolasa originan una enzima con una anidad muydisminuida por el pirofosfato de tiamina (TPP), lo que agrava el décit de tiamina → Disminución de lavelocidad de la ruta de las pentosas fosfato.

● Síntomas: confusión mental, pérdida de memoria y parálisis parcial, entre otros.

DEFECTOS DE LA VÍA DEL ÁCIDO URÓNICO1. PENTOSURIA ESENCIAL

● Esta enfermedad se produce por el décit de la enzima que reduce la L-xilulosa a xilitol, la xilitoldeshidrogenasa.

● Se caracteriza por la presencia en orina de grandes cantidades de L-xilulosa.

● Algunos fármacos aceleran la velocidad de entrada de la glucosa en la vía del ácido urónico, como laaminopirina y la antipirina, que aumentan la excreción de L-xilulosa en pacientes pentosúricos.

DEFECTOS DEL METABOLISMO DE OTROSMONOSACÁRIDOS1. GALACTOSEMIAS

● La galactosa es una hexosa que se encuentra habitualmente formando parte del disacárido lactosa,principal azúcar de la leche. El metabolismo de la galactosa transcurre a través de su conversión englucosa.

● La galactosemia se debe al décit de algunas de las 3 enzimas relacionadas con el metabolismo de lagalactosa y se maniesta con carácter autosómico recesivo.

a) Deciencia de galactoquinasa● Cataliza el paso de galactosa a galactosa 1-P en el hígado. Es codicada por un gen localizado en el

cromosoma 17.




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● Los pacientes presentan elevadas concentraciones de galactosa en sangre y en orina (galactosuria).

● Debido a este décit enzimático, la galactosa sigue una de las rutas alternativas transformándose engalactitol en tejidos como el cristalino. Esto conlleva el acúmulo de líquido en el interior del cristalino debidoal alto potencial osmótico del galactitol → CATARATAS.

● Además, la generación de galactitol implica la oxidación del NADPH necesario para mantener el glutatión,y otras proteínas del cristalino, en estado reducido; este fenómeno potencia aún más la aparición decataratas.

Metbsm e gts

b) Deciencia de galactosa 1-P uridil transferasa

●Cataliza el paso de galactosa 1-P a UDP-galactosa. Está codicada por un gen localizado en el cromosoma 9.

● Este décit es más grave que el anterior; se produce el acúmulo del azúcar fosfato.

● Síntomas: alteración hepática (ictericia), renal y neurológica (la galactosa es necesaria para la síntesisde gangliósidos y cerebrósidos).

c) Deciencia de galactosa epimerasa

● 2 formas de la enfermedad:- Benigna: solo se ve afectada la epimerasa de los eritrocitos y leucocitos, siendo normal la actividad en elhígado.

- Severa: más grave y similar en sintomatología al décit de galactosa 1-P uridil transferasa.

2. ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE LA FRUCTOSA

● La fructosa (también denominada levulosa) se encuentra en elevadas concentraciones en la miel, en lasfrutas y en algunos vegetales.

Metbsm e frts

● Aunque la fructosa se absorbe más lentamente que la glucosa, se capta y se metaboliza más rápidamentepor el hígado → La administración endovenosa de fructosa en personas sanas produce ocasionalmente

acidosis láctica, hipertrigliceridemia e hiperuricemia. Además se produce un consumo importante del ATPhepático.




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a) Fructosuria esencial● Es un error congénito del metabolismo de naturaleza benigna.

● Se debe a un décit de la enzima fructoquinasa hepática.

b) Intolerancia a la fructosa● Alteración autosómica recesiva.

● Se produce como consecuencia del décit de aldolasa B. Los pacientes son asintomáticos si no ingierenfructosa o sacarosa.

● El acúmulo de fructosa 1-P conduce a hipoglucemia ya que la fructosa 1-P inhibe la gluconeogénesis yla glucogenolisis.

● Además, se produce una deciencia de ATP y secuestro de fosfato inorgánico. Se produce hiperamonemiadebido a que no existe ATP que inhiba la enzima AMP desaminasa.

DEFECTOS ENZIMÁTICOS DE LA GLUCONEOGÉNESIS

1. DEFICIENCIA DE PIRUVATO CARBOXILASA

● Cataliza el paso de piruvato a OAA en la mitocondria. Es dependiente de ATP y biotina. Es la primerareacción de la gluconeogénesis y una reacción anaplerótica del ciclo de Krebs. Está codicada por un genlocalizado en el cromosoma 11.

● El piruvato no puede convertirse en OAA con lo que disminuye la velocidad del ciclo de Krebs y el piruvatoacumulado se convierte en lactato o en alanina por transaminación → Acidosis láctica y alaninemia.

2. DEFICIENCIA DE FRUCTOSA 1,6 BISFOSFATASA

● La fructosa 1,6-bisfosfatasa es una de las enzimas reguladoras de la gluconeogénesis que cataliza elpaso de fructosa 1,6-bisfosfato a fructosa 6-P.

● Se detiene la gluconeogénesis → Acidosis láctica, cetoacidosis, hiperlipemia, hiperuricemia yhepatomegalia.

DEFECTOS DEL METABOLISMO DEL GLUCÓGENO

● Las enfermedades relacionadas con el metabolismo del glucógeno se llaman GLUCOGENOSIS.

● Los órganos más afectados por las alteraciones enzimáticas del metabolismo del glucógeno son elhígado y el músculo esquelético.

● Si la deciencia afecta a una enzima hepática la sintomatología incluyehipoglucemia yhepatomegalia(debido a la incapacidad del hígado para liberar glucosa). También es frecuente la aparición de acidosisláctica, hipertrigliceridemia e hipercolesterolemia. Los síntomas suelen aparecer de forma temprana (entreel mes y el año de vida).

● Si la deciencia afecta a una enzima muscular, los síntomas están relacionados con la incapacidad desuministrar energía a la contracción muscular. Los signos clínicos son más leves y solo se hacen evidentestras un ejercicio muscular intenso.

● Todas presentan herencia autosómica recesiva, salvo un subtipo de glucogenosis tipo IX y el décitde fosfoglicerato quinasa, que presentan herencia recesiva ligada al cromosoma X.




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TipoS dE GlucoGEnoSiS

TIPO/ENFERMEDAD ENZIMA AFECTADA ÓRGANO SÍNTOMAS

Glucosa 6-fosfatasa

α-Glucosidasa lisosomal

Enzima desramicante

Enzima ramicante

Glucógeno fosforilasamuscular

Glucógeno fosforilasahepática

PFK-1 musculary en eritrocitos

Fosforilasa quinasa

Transportadorde glucosa GLUT2

● Hipoglucemia grave

● Acidosis láctica

● Hiperuricemia

● Hipertrigliceridemia

● Hepatomegalia ● Fallo renal

● Acúmulo de glucógeno

en vesículas en los

lisosomas

● Forma infantil:

- Muerte a los 2 años

- Fallo cardiaco

● Forma juvenil:

- Dicultad para caminar

- Paradacardiorrespiratoria

● Forma adulta:

- Miopatía

● Acúmulo de glucógeno

anormal con cadenas

cortas

● Hepatomegalía

● Miopatía

● Muerte antes de los

3 años ● Hepatomegalia

● Cirrosis

● Hipertensión portal

● Esplenomegalia

● Intolerancia al ejercicio

● Debilidad muscular

● Aumento de CK

● Mioglobinuria

● Fallo renal

● Hepatomegalia

● Similar a tipo V

● También anemia

hemolítica

● Hepatomegalia

● Hepatomegalia

● Raquitismo

● Disfunción renal

Ia: Enfermedadde Von Gierke

II: Enfermedadde Pompe

III: Enfermedadde Cori/Forbes

IV: Enfermedadde Andersen

V: Enfermedadde Mc Ardle

VI: Enfermedadde Hers

VII: Enfermedadde Tarui

VIII y IX

XI: Enfermedadde Fanconi-Bickel

Hígado

TodosESPECIALMENTE:Músculoesquelético

Músculo cardiaco

HígadoMúsculoesquelético

Músculo cardiaco

Hígado

Musculoesquelético

Músculoesquelético

Hígado

Músculo,eritrocitos

Hígado, músculoy leucocitos

Hígado

*Recientemente se ha descrito la glucogenosis tipo 0 → Se debe al décit de glucógeno sintasa y afecta al hígado




181


5. PATOLOGÍA DE LA CADENA RESPIRATORIAMITOCONDRIAL

1. NEUROPATIA ÓPTICA DE LEBER

● Es una enfermedad muy rara que se debe principalmente a mutaciones puntuales en genesmitocondriales ND1, ND4 y ND6 que codican para el complejo I de la cadena transportadora deelectrones → Transmisión defectuosa de electrones desde el NADH a la ubiquinona. La mutación másfrecuente se produce en el gen ND4.

● Afecta al sistema nervioso central, especialmente al nervio óptico, causando pérdida de la visión bilateraly ceguera.

2. EPILEPSIA MIOCLÓNICA DE FIBRAS ROJAS RASGADAS (MERRF)

● Se debe a mutaciones puntuales en el gen mitocondrial que codica para un tRNA especíco para lisinaque forma parte de proteínas de la cadena respiratoria.

● Se observan bras musculares con mitocondrias anormales.

● Se caracteriza por alteraciones neurológicas en forma de epilepsia progresiva, demencia y miopatía.

3. ENCEFALOPATÍA MITOCONDRIAL, ACIDOSIS LÁCTICA Y EPISODIOS TIPO ICTUS(MELAS)

● Se debe a mutaciones puntuales en el gen mitocondrial que codica para un tRNA especíco de leucina,impidiendo la fosforilación oxidativa y la producción mitocondrial de ATP.

● Se caracteriza por episodios tipo ictus que se pueden manifestar como vómitos, cefaleas o alteracionesvisuales.

● Es frecuente la pérdida neurosensorial y la aparición de diabetes mellitus tipo II (ésto se debe a que elaumento en la concentración de ATP celular es un factor estimulador de la liberación de insulina por lascélulas β del páncreas).




182

@AcademiaGoBIR

6. PATOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LOSGLUCOSAMINOGLUCANOS● Los glucosaminoglucanos, también llamados mucopolisacáridos, son heteropolisacáridos compuestospor unidades repetitivas de disacáridosdonde uno de los 2 monosacáridos es siempre N-acetilglucosaminao N-acetilgalactosamina; el otro monosacárido suele ser un ácido urónico, generalmente ácidoD-glucurónico o L-idurónico. Con frecuencia están sulfatados o presentan un grupo carboxilato que lesconere carácter ácido.

● Las mucopolisacaridosis son enfermedades de almacenamiento de mucopolisacáridos.

claSiFicacin dE MucopoliSacaRidoSiS

ENFERMEDAD ENZIMA AFECTADA METABOLITO URINARIO Y SÍNTOMAS

α-L-iduronidasa

Iduronato sulfatasa

Tipo A: Sulfaminidasa o heparánsulfato N-sulfatasaTipo B: N-acetil-α-D-glucosaminidasaTipo C: AcetiltransferasaTipo D: N-Acetilglucosamina-6-sulfato-sulfatasa

Tipo A: Galactosamina-6-sulfatasaTipo B: β-Galactosidasa

Arilsulfatasa B

β-Glucuronidasa

- Metabolitos:● Dermatán sulfato y heparán sulfato

- Síntomas:● Opacidad corneal● Cifosis lumbar ● Retraso en el crecimiento● Retraso mental● Muerte en la adolescencia

- Metabolitos:● Dermatán sulfato y heparán sulfato- Síntomas:● Pérdida de audición● Retraso mental y del crecimiento● Facies tosca● Muerte en la adolescencia

- Metabolitos:● Heparán sulfato- Síntomas:● Deterioro mental progresivo● Muerte en la edad adulta

- Metabolitos:● Queratán sulfato- Síntomas:● Alteraciones esqueléticas

- Metabolitos:● Dermatán sulfato- Síntomas:

● Corta estatura● Facies tosca● Opacidad corneal● Alteración cardiaca

- Metabolitos:● Dermatán sulfato y heparán sulfato- Síntomas:● Hepatoesplenomegalia● Alteraciones esqueléticas● Anomalías cardiacas● Muerte en infancia y adolescencia

I: Síndromede Hurler (la más grave)

II: Síndromede Hunter

III: Síndromede San Filippo(la + frecuente)

IV: Síndromede Morquio

VI: Síndrome de

Marouteaux-Lamy

VII: Síndrome de Sly




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● Se deben a la deciencia congénita de una o varias enzimas lisosomales implicadas en su degradación.Debido a este décit el mucopolisacárido se acumula en diversos tejidos causando la enfermedad.

● Se heredan de forma autosómica recesiva, excepto la enfermedad de Hunter que presenta herencialigada al cromosoma X.

● Los individuos afectados presentan alteraciones esqueléticas, cardiovasculares, hepatoesplenomegalia,defectos visuales, retraso mental y facies tosca.

● Presentan un patrón diferente de excreción urinaria del mucopolisacárido atendiendo al defectoenzimático.

Recuerda La síntesis de los glucosaminoglucanos tiene lugar por acción deglucosiltransferasas que transeren una unidad monosacarídica de un azúcarligado a un nucleótido a un aceptor determinado.




184

@AcademiaGoBIR

7. METABOLISMO LIPÍDICO

METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEÍNAS● Los lípidos se caracterizan por ser moléculas insolubles en agua y solubles en disolventes no polares.

● El catabolismo lipídico supone una fuente de energía muy importante para muchos tejidos ya que laoxidación de los ácidos grasos genera casi el doble de energía que la oxidación de los hidratos de carbono.

● Además, algunos lípidos como los fosfolípidos cumplen una función estructural ya que forman parte dela membrana plasmática.

● Fuentes principales de ácidos grasos:

a) Grasas consumidas en la dieta.

b) Grasas almacenadas en las células en forma de gotas lipídicas.

c) Grasas sintetizadas en un tejido y que se transportan a otro.

● En la alimentación humana al menos el 40% de la energía requerida diariamente es suministrada por lostriglicéridos.

● Debido a su carácter hidrofóbico, los lípidos han de ser transportados en sangre formando parte deLIPOPROTEÍNAS. Las lipoproteínas son agregados esféricos que contienen lípidos hidrofóbicos en elnúcleo (triglicéridos y ésteres de colesterol) y fosfolípidos, colesterol libre y apolipoproteínas en el exterior.

Estrtr e rteí

● Las APOPROTEÍNAS O APOLIPOPROTEÍNAS son sintetizadas principalmente en el hígado, se unena partículas lipídicas y tienen como función el transporte de triglicéridos, colesterol, ésteres de colesterol yfosfolípidos entre los distintos órganos.

1. TIPOS DE LIPOPROTEÍNAS

● Existen diferentes tipos de lipoproteínas, cada una de las cuales desempeña funciones concretas en eltransporte de lípidos.

● Dado que los lípidos tiene una densidad mucho menor que las proteínas, el contenido lipídico de una

clase determinada de lipoproteína está inversamente relacionado con su densidad.




185


coMpoSicin y caRacTERSTicaS FiSico-quMicaS dE laS lipopRoTEnaS plaSMTicaS

QM VLDL IDL LDL HDL

Características físico-químicas

Componentes (% de peso seco)

Composición en apoproteínas

ElectroforesisDensidad (g/mL)

Diámetro

Origen<0,95

90-100

A, B-48, C, E B-100, C, D, E B-100, C, D, E B-100 A, C, D, E

1-2,5

85-90

1-3

3-5

6-9

<1

5-10

50-60

5-10

10-15

15-20

<1

15-20

30

7-9

22-24

22-26

<1

20-25

6-10

7-10

35-42

15-22

<1

40-55

3-4

3-4

12-20

25-35

<1

Pre-β0,95-1,006

30-90

Pre-β y β1,006-1,019

25-30

β1,019-1,063

20-25

α1,063-1,210

7-20

ProteínasTriglicéridosColesterol libre

Ésteres decolesterolFosfolípidosÁc.grasos libres

● Las distintas lipoproteínas se pueden separar atendiendo a su densidad y a su tamaño medianteultracentrifugación o electroforesis:

a) Mediante ultracentrifugación, las lipoproteínas que aparecen en el fondo son las HDL ya que son las demayor densidad y las que aparecen en forma de una banda en la supercie son los quilomicrones porquepresentan la densidad más baja.

b) Mediante electroforesis, aparecen en el punto de aplicación los quilomicrones, que son las lipoproteínasde mayor tamaño y por tanto, las que migran más lentamente.

Seró e s rteís mete tretrfgó eetrfress

2. METABOLISMO DE LOS QUILOMICRONES

● Las triglicéridos ingeridos con la dieta son emulsionados en el intestino delgado por acción de las salesbiliares y forman micelas mixtas de ácidos biliares y triglicéridos. Esto favorece la acción de enzimas lipasashidrosolubles como la lipasa pancreática, que convierte los triglicéridos en monoglicéridos, diglicéridos,ácidos grasos libres y glicerol.

● Estos compuestos difunden a través de la mucosa intestinal; después, en el retículo endoplásmico yaparato de Golgi de las células de la mucosa intestinal se vuelven a sintetizar los triglicéridos.

● Estos triglicéridos forman complejos con el colesterol de la dieta, los fosfolípidos y la apolipoproteína B-48formando una lipoproteína denominada QUILOMICRÓN (QM).




186

@AcademiaGoBIR

● Los quilomicrones pasan desde la mucosa intestinal al sistema linfático y de ahí son transportados a lasangre. Una vez en la sangre captan otras apolipoproteínas adicionales de las HDL (apo C-II y apo E).

● Por acción de la lipoproteína lipasa (activada por la apo C-II de los QM) los quilomicrones son retiradosde la circulación para entrar principalmente en el músculo y en el tejido adiposo. Esta lipoproteína lipasa(LPL) hidroliza los triglicéridos a ácidos grasos y monoglicéridos en la supercie interna del capilar de lostejidos diana.

● Al ser hidrolizados por la LPL se pierde la apo C-II, con lo que disminuye la anidad de los QM por la LPL, y ésta se inactiva.

● Los quilomicrones que han perdido los triglicéridos pero que tienen todavía colesterol y apolipoproteínasse denominan QUILOMICRONES REMANENTES → Son captados por el hígado con ayuda de sureceptor en el hepatocito, la apo E, e introducidos por endocitosis.

Metbsm e s mres

Recuerda Los quilomicrones tienen origen intestinal y transportan los triglicéridos de origenexógeno. Son las lipoproteínas de menor densidad y mayor tamaño.

3. METABOLISMO DE LAS VLDL Y DE LAS LDL

● Los ácidos grasos y el colesterol que llegan al hígado, junto con los triglicéridos y el colesterol allísintetizados, se utilizan para la síntesis de las VLDL en el retículo endoplásmico y en el aparato de Golgi.Las VLDL (con su apolipoproteína característica, la apo B

-100) son liberadas a la circulación sistémica

desde los hepatocitos y allí toman otras apolipoproteínas de las HDL , como la apo C-II, permitiendo laacción de la lipoproteína lipasa que hidroliza los triglicéridos de las VLDL.

● La partícula resultante de la interacción de la lipoproteína lipasa con las VLDL se llama IDL. Posteriormentelas IDL ceden a las HDL componentes de su supercie, como fosfolípidos y colesterol no estericado. Además, incorporan el colesterol estericado de las HDL.

● Las IDL pueden tomar 2 vías metabólicas:

- Ser eliminadas directamente del plasma al ser reconocida la apo E por receptores hepáticos.

- Evolucionar a LDL por pérdida de triglicéridos y de apo E que se transeren a las HDL.

● Las células de los tejidos periféricos que poseen receptores para la apo B-100 y las del hígado que

poseen receptores de apo E y apo B-100, endocitan las LDL y las degradan en los macrófagos.




187


● Aproximadamente el 30% de las LDL es degradado en los tejidos extrahepáticos y el 70%, en el hígado.

● Las LDL constituyen el sistema de transporte de colesterol desde el hígado a los tejidosperiféricos.

Metbsm e s Vldl e s ldl

Recuerda Las VLDL son las lipoproteínas encargadas de transportar los triglicéridos de origenendógeno y se sintetizan en el hígado. Las LDL se sintetizan en el plasma.

a) Vías de degradación de las LDL

Ví eeete e reetr e ldl

● El receptor de LDL interacciona con aquellas lipoproteínas que contienen apo B-100 y/o apo E.

● A través de este receptor las partículas LDL son captadas e internalizadas por endocitosis mediada porreceptor y posteriormente, degradadas en los lisosomas.

● El colesterol liberado:

- Inhibe la HMG-CoA sintetasa (enzima limitante en la síntesis de colesterol) y suprime la transcripción delgen de esta enzima.

- Inhibe la síntesis de receptores de LDL.

- Activa la acil-CoA-colesterol-aciltransferasa (ACAT) → Enzima intracelular que cataliza la síntesis deésteres de colesterol a partir de colesterol y un acil-CoA de cadena larga.

● Finalmente el colesterol es eliminado por vía biliar, incorporado a las membranas celulares o se empleaen la síntesis de hormonas. Por esta vía se degradan las 2/3 partes de las LDL circulantes.

Ví eeete e reetr e s ldl

● Cuando los niveles plasmáticos de LDL son elevados, las LDL se ltran a través del endotelio de la paredarterial y penetran hasta la capa íntima.

● Después sufren modicaciones, que consisten en la oxidación de las LDL mediante la peroxidación de

ácidos grasos insaturados, la hidroxilación del colesterol o la oxidación de residuos de aminoácidos de laapolipoproteína.




188

@AcademiaGoBIR

● Estas LDL modicadas son reconocidas por los macrófagos de la íntima arterial. Los macrófagos poseenunos receptores de eliminación o receptores “scavenger” (este receptor no está sometido a regulaciónpor los niveles intracelulares de colesterol) que internalizan las LDL oxidadas → Dan lugar a célulasespumosas.

● Estas células espumosas tienen un efecto quimiotáctico, hacen que migren más leucocitos a esta zonay acumulan más colesterol, contribuyendo a la formación de la placa de ateroma.

● Por lo tanto, elevadas concentraciones de LDL se asocian con un mayor riesgo aterogénico.

Recuerda Las LDL son las lipoproteínas que presentan mayor contenido de colesterol.

ctó e s ldl r etss me r reetr

4. METABOLISMO DE LAS HDL

● Las HDL o lipoproteínas de alta densidad son sintetizadas por el hígado y el intestino (en menor

proporción) en forma de partículas pequeñas discoidales que se llaman HDL nacientes (HDL3).● Las HDL nacientes son ricas en proteínas. Están formadas por una doble capa de lípidos y rodeadas poruna capa externa de fosfolípidos, colesterol libre y apo A-I, principalmente.

● Las HDL nacientes alcanzan los depósitos tisulares de colesterol y lo extraen; este colesterol esestericado por la lecitin-colesterol-acil-transferasa (LCAT) presente en la supercie de las HDL. LaLCAT también actúa sobre los quilomicrones y VLDL residuales.

● Las HDL nacientes se transforman en partículas de HDL maduras y esféricas (HDL2) → Relación inversa

con la aterosclerosis coronaria. Estas HDL maduras son captadas por el hígado y metabolizadasliberando el colesterol.

● Sirven como “recogedoras” de colesterol, apoproteínas y otros componentes de supercie durante elcatabolismo intravascular de lipoproteínas ricas en triglicéridos. También absorben el colesterol libre de

las células.




189


● Las HDL, por tanto, transportan el colesterol de los tejidos extrahepáticos al hígado → Transporteinverso o retrógrado del colesterol.

Metbsm e s rteís

caRacTERSTicaS dE laS pRincipalES lipopRoTEnaS

QM VLDL IDL LDL HDL

Transportanlos TG exógenosdesde el intestinoa los tejidosperiféricos

Transportan losTG endógenosa los tejidosperiféricos

Proceden de lasVLDL. Tras lahidrólisis de losTG endógenosen los capilares,son captadas

por el hígado oevolucionan a LDL

Transportan elcolesterol a lostejidos periféricos

Eliminan el excesode colesterolde los tejidos ylo devuelven alhígado para sumetabolismo y

excreción

Intestinal Hepático Plasmático Plasmático Hepáticoe intestinal

ORIGEN

FUNCIÓN




190

@AcademiaGoBIR

Recuerda La lipoproteína lipasa (LPL) es una acilglicerol éster hidrolasa que se ancla a lasupercie vascular a través de interacciones electrostáticas con moléculas de he-parán sulfato. Se encuentra en tejido adiposo, músculo esquelético, cardiaco yglándula mamaria. Está ausente en hígado, aunque se ha encontrado actividaden este órgano durante la etapa perinatal.

La lecitin-colesterol-acil-transferasa (LCAT) es una enzima que cataliza la este-

ricación del colesterol; transere el ácido graso en la posicion sn-2 de la fosfatidil-colina al 3-OH del colesterol, convirtiendo al colesterol en una molécula más hidro-fóbica. Es segregada por el hígado pero se localiza en plasma.

caRacTERSTicaS dE laS pRincipalES apolipopRoTEnaS

Apo B-48 Apo B-100 Apo E Apo A-I Apo C-II

LIPOPROTEÍNAASOCIADA

FUNCIÓN

ORIGEN

Quilomicrones

Transporte/eliminación decolesterol

Intestinal

VLDLIDLLDL

Se une alreceptor de LDL

Hepático

QuilomicronesVLDLIDLHDL

Desencadenala eliminación

por el hígadode VLDL, IDL yquilomicronesremanentes

Ligando para elreceptorhepático

Hígado y otrostejidos comointestino

HDL

Activadorde la LCAT

IntestinalHepático

QuilomicronesVLDLHDL

Activador dela lipoproteínalipasa

HepáticoIntestinal

5. OTRAS LIPOPROTEÍNAS

● Lipoproteína X: es una lipoproteína anormal de composición variable. Presenta una parte proteica conalbúmina y varias apolipoproteínas (A, C y E), y una parte lipídica que puede contener ácidos biliares. Suaparición es un signo especíco de colestasis.

● Lipoproteína (a): presenta una homología estructural con el plasminógeno, por lo que compite con él por su unión al endotelio e inhibe la brinolisis. Su elevación (>30 mg/dL) se asocia con riesgo genético decardiopatía isquémica.

6. LIPÓLISIS

● Los lípidos neutros se almacenan en los adipocitos (y en células sintetizadoras de hormonas esteroideas

en la corteza suprarrenal, ovario y testículos) en forma de gotitas lipídicas.● La lipólisis es el mecanismo de movilización de los lípidos que se encuentran almacenados comoreservorio de energía en forma de triglicéridos (principal sustrato energético en el organismo).

● Cuando existe una necesidad de aporte energético, estas grasas se movilizan y se transportan a otrostejidos, como músculo esquelético o corazón.

● El estímulo para la lipólisis son el glucagón y la adrenalina: activación de la adenilato ciclasa → + AMPc →+ PKA → Activación por fosforilación de la triglicérido lipasa o lipasa sensible a la acción hormonal→ Hidrólisis de los triglicéridos a ácidos grasos y glicerol.

● Los ácidos grasos liberados salen de los adipocitos y son transportados en el torrente circulatorio unidosa la albúmina (hasta 10 ácidos grasos por molécula de proteína) → Transporte al interior de los tejidos.

● El glicerol liberado es fosforilado por la glicerol quinasa y el glicerol 3-P resultante se oxida a DHAP, quesigue 2 vías: gluconeogénesis (a nivel hepático) o glucólisis.




191


● Aproximadamente el 95% de la energía procedente de la oxidación de los triglicéridos procede de losácidos grasos y solo un 5% procede del glicerol.

lóss trsrte smát e trgrs

CATABOLISMO DE LÍPIDOS● La oxidación de los ácidos grasos hasta acetil-CoA es un mecanismo de producción de energía que cubreel 80% de las necesidades energéticas en el hígado y el corazón en circunstancias siológicas.

● El acetil-CoA generado en este proceso catabólico entra en el ciclo de Krebs y se oxida por completo aCO

2 suministrando una carga energética mayor.

1. β-OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

● Consiste en la eliminación secuencial de fragmentos de 2 C en forma de acetil-CoA desde el extremocarboxilo de la molécula de ácido graso.

● Se lleva a cabo en la matriz mitocondrial, por lo que se requiere que los ácidos grasos localizados en elcitosol celular penetren en el interior de la mitocondria.

a) Activación y transporte del ácido graso● Dado que la membrana mitocondrial interna es impermeable a los ácidos grasos libres de cadena larga(≥14 C) y a los acil-CoA, es necesario que el ácido graso se active transformándose en el derivado acilgraso-CoA para poder ser transportado al interior de la matriz por un sistema de transporte especíco.

● Los ácidos grasos que presentan 12 C o menos entran en la mitocondria sin ayuda de transportadoresespecícos.

● La activación consiste en la generación de un acil graso-CoA por la acción de la acil-CoA sintetasa:

- Formación de un enlace tioéster entre el grupo carboxilo del ácido graso y el grupo tiol de la coenzima Apara generar un acil graso-CoA.

- Esta reacción lleva acoplada la hidrólisis del ATP.

- La enzima está localizada en la membrana mitocondrial externa.




192

@AcademiaGoBIR

atvó e s ás grss

● Los ésteres de acil graso-CoA formados en el lado citosólico de la membrana mitocondrial externa sontransportados al interior de la mitocondria y sufren β-oxidación para producir ATP. Para su transporte seunen a una molécula denominada CARNITINA:

- Los ácidos grasos se unen transitoriamente al grupo hidroxilo de la carnitina para formar acil-carnitinamediante la acción de la enzima carnitina acil-transferasa I de la membrana externa.

- Este derivado acil-carnitina puede atravesar la membrana mitocondrial externa y penetrar en la matriz

mediante difusión facilitada por el transportador de acil-carnitina/carnitina de la membrana interna.- Posteriormente, la carnitina acil-transferasa II localizada en la cara interna de la membrana mitocondrialinterna regenera el acil graso-CoA y libera la carnitina libre en el interior de la matriz.

Etr e s ás grss terr e mtr

b) β-Oxidación de los ácidos grasos saturados con nº par de átomos de carbono● Este proceso consta de cuatro pasos que se repiten consecutivamente hasta que toda la molécula de

acil-CoA ha sido degradada a acetil-CoA, y éste entra en el ciclo de Krebs. Fases:




193


1) Deshidrogenación de acil-CoA en trans-Δ2-enoil-CoA. Acil-CoA deshidrogenasa

- Se genera un doble enlace entre C-2 y C-3 y se produce FADH2.

- Existen 3 isoenzimas de la acil-CoA deshidrogenasa atendiendo a la longitud de las cadenas de los ácidosgrasos a oxidar:

a) Acil-CoA-dh de cadena muy larga (VLCAD) → 12 a 18 C.

b) Acil-CoA-dh de cadena media (MCAD) → 4 a 14 C.

c) Acil-CoA-dh de cadena corta (SCAD) → 4 a 8 C.

2) Hidratación de trans-Δ2-enoil-CoA a L-β- hidroxiacil-CoA. Enoil-CoA hidratasa

3) Deshidrogenación de L-β-hidroxiacil-CoA a β-cetoacil-CoA. L-β-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa

- Se genera NADH + H+.

- Esta enzima es especíca para el esteroisómero L.

4) Ruptura tiolítica de β-cetoacil-CoA.Tiolasa o β-cetotiolasa

- Se libera una molécula de acetil-CoA y un acil-CoA que tiene 2 C menos que la cadena de partida.

pss e β-ó e ás grss

Remet eergt e β-ó● El número de vueltas necesarias para oxidar completamente una cadena de ácido graso saturado connúmero par de átomos de carbono es igual a (n/2)-1 (n = nº átomos de carbono). Ej. El ácido palmítico tiene16 C y se oxidará completamente en 7 vueltas (16/2 -1).

● El número de acetil-CoA que se producen en la degradación es igual a n/2. Ej. El ácido palmítico da

8 moléculas de acetil-CoA.

Nº de vueltas = (n/2)-1

Nº acetil-CoA = n/2

Palmitoil-CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O → 8 acetil-CoA + 7 FADH

2 + 7 NADH + 7 H+

(7 FADH2 x 1,5) + (7 NADH x 2,5) = 28 moléculas de ATP a partir de palmitoil-CoA

● Los 8 acetil-CoA generados entran en el ciclo de Krebs y se obtienen equivalentes de reducción que van

a la cadena respiratoria y generan ATP.






195


oó e á grs str

d) β-Oxidación de ácidos grasos de número impar de átomos de carbono● Son los menos abundantes ya que la mayoría de lípidos naturales contienen un número par de átomosde carbono.

● Se oxidan a través de la misma ruta que los ácidos grasos saturados de número par de átomos decarbono, pero el sustrato del último paso es un acil graso-CoA de 5 C, que al oxidarse da acetil-CoA (2 C)y propionil-CoA (3 C).

● El acetil-CoA entra en el ciclo de Krebs y el propionil-CoA entra en otra ruta enzimática donde setransforma en succinil-CoA antes de entrar en el ciclo de Krebs.

● Esta ruta adicional del propionil-CoA consta de 3 reacciones enzimáticas:




196

@AcademiaGoBIR

RuTa dEl pRopionil-c o a

REACCIÓN PRODUCTO ENZIMA

D-Metilmalonil-CoA

L-Metilmalonil-CoA

Succinil-CoA

Propionil-CoA-carboxilasa

Metilmalonil-CoA-epimerasa

Metilmalonil-CoA-mutasa

Carboxilación a partir del propionil-CoA.

Reacción dependiente de BIOTINA.

Consume ATP

Epimerización a partir del D-Metilmalonil-CoA

Reorganización intramolecular a partir del

L-Metilmalonil-CoA. Enzima dependiente

de cobalamina o vitamina B12

oó e r-ca

Ojo Los ácidos grasos de número impar de átomos de carbono son parcialmentegluconeogénicos porque de succinil-CoA → OAA → Glucosa.

e) β-Oxidación peroxisomal● Tiene lugar en los peroxisomas (orgánulos similares a los glioxisomas de las células vegetales).

● La enzima acil-CoA deshidrogenasa no transere los electrones a la cadena respiratoria sino que lostransere directamente al O

2, que se reduce a H

2O2.

● Mediante esta ruta se pueden oxidar los primeros carbonos de los ácidos grasos de cadena muy larga oramicados, y el resto de grupos acilo ser transferidos a la mitocondria para la β-oxidación.

● Esta ruta no lleva acoplada la generación de energía en forma de ATP pero produce calor.




197


2. α-OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

● Es una ruta minoritaria en la que la oxidación inicial se produce en el carbono α en vez de en el carbono β.

● Mediante esta ruta se oxida el ácido tánico, un ácido graso de 20 C (producto de la oxidación del tol,un diterpeno componente de la clorola), porque no se puede oxidar en su carbono β debido al grupo metilopresente en su C-3.

●La oxidación en el carbono α origina el ácido pristánico que se puede catabolizar mediante la β-oxidación.

● La capacidad de oxidar este ácido es muy importante ya que hay grandes cantidades de este ácido en laalimentación. Ej. Legumbres.

3. ω-OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

● Consiste en la oxidación del carbono más distante del grupo carboxílico (carbono omega).

● Tiene lugar en el retículo endoplásmico del hígado y del riñón. Utiliza como sustrato ácidos grasosde 10 ó 12 C.

● La primera reacción es la hidroxilación del carbono ω por acción de una oxidasa de función mixta. Acontinuación actúan la alcohol deshidrogenasa y la aldehído deshidrogenasa.

● En cada paso se producen ácidos dicarboxílicos, como ácido succínico y adípico.

4. REGULACIÓN DE LA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

● El paso limitante de la velocidad es la transferencia de los acil graso-CoA citosólicos a la matrizmitocondrial.

● Una vez los grupos acilo han entrado en la mitocondria siguen necesariamente el proceso de oxidaciónhasta acetil-CoA.

● La carnitina acil-transferasa I es inhibida por el malonil-CoA → Primer intermediario de la biosíntesisde ácidos grasos de cadena larga en el citosol a partir de acetil-CoA. Este compuesto aumenta siempreque hay un exceso de hidratos de carbono que no se puede almacenar en forma de glucógeno, por lo quese convierte en ácidos grasos y se almacena como triglicéridos.

● Cuando la relación [NADH+

]/[NAD+

] es elevada se inhibe la β-hidroxiacil-CoA-deshidrogenasa.● La elevación de acetil-CoA inhibe la enzima tiolasa.

5. FORMACIÓN DE CUERPOS CETÓNICOS

● El acetil-CoA formado en el hígado tras la oxidación de los ácidos grasos puede entrar en el ciclo de Krebso puede convertirse en cuerpos cetónicos: acetoacetato, β-hidroxibutirato y acetona.

● La síntesis de cuerpos cetónicos ocurre cuando hay un exceso de unidades acetilo porque se hanoxidado grandes cantidades de grasa (la velocidad de la β-oxidación supera a la velocidad del ciclo deKrebs) y está limitada la disponibilidad de glucosa (ayuno o diabetes).

● Estos compuestos se distribuyen a diferentes tejidos como corazón y músculo esquelético, favoreciendo

que la glucosa sea utilizada por los tejidos que dependen más de ella, como el cerebro (no consume ácidosgrasos) o los glóbulos rojos.

● La síntesis de cuerpos cetónicos tiene lugar en la matriz mitocondrial de los hepatocitos. El hígadosintetiza cuerpos cetónicos pero no los utiliza, los exporta.

● Fases:

- Condensación de 2 moléculas de acetil-CoA para formar acetoacetil-CoA. Tiolasa.

- Condensación del acetoacetil-CoA con el acetil-CoA para formar β-hidroxi-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). HMG-CoA sintasa.

- Escisión del HMG-CoA en acetil-CoA y acetoacetato. HMG-CoA liasa.

- Reducción reversible de acetoacetato a D-β-hidroxibutirato. D-β-hidroxibutirato deshidrogenasa(estereoespecíca).




198

@AcademiaGoBIR

- La descarboxilación del acetoacetato de forma espontánea o por acción de la acetoacetatodescarboxilasa origina el último cuerpo cetónico, la acetona.

● E tejs etrheáts:

- El acetoacetato se une al CoA por acción de la tioforasa o β-cetoacil-CoA-transferasa → Acetoacetil-CoAque por acción de la tiolasa → 2 acetil-CoA → Ciclo de Krebs.

- El D-β-hidroxibutirato, por acción de la D-β-hidroxibutirato deshidrogenasa, se oxida a acetoacetato.

● Los cuerpos cetónicos acetoacetato y β-D-hidroxibutirato son muy solubles en sangre y en orina. Laacetona se produce de forma minoritaria y es un cuerpo cetónico volátil.

Ojo El higado no puede utilizar los cuerpos cetónicos debido a la ausencia de la enzimatioforasa.

Bsítess e ers etós versó e ers etós e et-ca

● El cerebro, en condiciones de inanición (cuando no es posible disponer de glucosa), se puede adaptar ala utilización de acetoacetato y D-β-hidroxibutirato (cuerpo cetónico más abundante).

● En situaciones donde se produce un aumento de la gluconeogénesis (diabetes mal controlada o ayunoprolongado) aumenta el ritmo de biosíntesis de cuerpos cetónicos por diversas razones:

- En la diabetes, al haber décit de insulina, que es lipogénica: disminuye la concentración de malonil-CoA→ Desinhibición de la carnitina acil-transferasa I → Oxidación de ácidos grasos → Exceso de unidadesacetilo → Cetogénesis.

- Disminuye la velocidad del ciclo de Krebs (debido a que el OAA se utiliza para la gluconeogénesis) y sedesvía el excedente de unidades acetilo que no puede oxidarse en el ciclo de Krebs hacia la cetogénesis.

- Además, el CoA liberado en la síntesis de cuerpos cetónicos permite la oxidación continua de ácidosgrasos.

- La presencia de cuerpos cetónicos en sangre conlleva una disminución del pH → Acidosis, que puedeevolucionar a coma y muerte.




199


Frmó e ers etós ertó ese e híg

ANABOLISMO DE LÍPIDOS

1. BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

● Los lípidos constituyen la principal forma de energía almacenada en el organismo. La glucosa ingeridaen exceso se convierte en ácidos grasos y éstos, a su vez, en triglicéridos que se almacenan en el tejidoadiposo.

● La síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el citosol.

● Participa una molécula de acetil-CoA iniciadora y un intermediario de 3 C, el malonil-CoA.

● Para que tenga lugar la síntesis de ácidos grasos es necesario:

1) Poder reductor en el citosol celular (NADPH). Este poder reductor en los hepatocitos y los adipocitosprocede de la ruta de las pentosas fosfato y de la enzima málica.

Recuerda El NADPH es el transportador de electrones en las rutas anabólicas, mientras queel NADH actúa en las reacciones catabólicas.

pró e nadpH




200

@AcademiaGoBIR

2) Cantidades elevadas de acetil-CoA en el citosol, procedente principalmente del piruvato y del esqueletocarbonado de los aminoácidos. Como se encuentra en la matriz mitocondrial ha de ser transportadoal citosol. La membrana mitocondrial interna es impermeable al acetil-CoA, por lo que éste sale de lamitocondria en forma de citrato a través de un transportador.

Trsrte e et-ca e frm e trt ts

- El citrato se sintetiza a partir de acetil-CoA y OAA por acción de la citrato sintasa. Una vez transportadoal citosol se regenera de nuevo el acetil-CoA por acción de la citrato liasa.

a) Fases de la biosíntesis de ácidos grasos

Sítess e m-ca

● Tiene lugar de forma irreversible a partir del acetil-CoA por la acetil-CoA carboxilasa, que presentacomo grupo prostético biotina. La reacción consume ATP y transcurre a través de un intermediario deN-carboxibiotina que se une covalentemente.

Acetil-CoA + ATP + HCO3 → Malonil-CoA + ADP + Pi + H+

● Esta reacción es el paso limitante en la biosíntesis de ácidos grasos.

Sítess e s ás grss r á grs sts

● La síntesis de las cadenas carbonadas de los ácidos grasos se lleva a cabo por un complejomultienzimático denominado ácido graso sintasa, que está constituido por una sola cadena polipeptídicay presenta 7 sitios activos diferentes en dominios separados.

● Siempre sintetiza el mismo ácido graso saturado a partir de un acetil-CoA, NADPH y unidades sucesivasde malonil-CoA → Ácido palmítico (16 C).

● El resto de ácidos grasos se sintetizan a partir del ácido palmítico por la acción de desaturasas (introducendobles enlaces) y elongasas.

● El proceso de síntesis tiene lugar mediante ciclos con una secuencia repetida de 4 etapas. Primero utilizauna molécula de acetil-CoA iniciadora o cebadora y el resto de los átomos de carbono proceden del acetil-CoA vía malonil-CoA.

● Se necesitan 7 ciclos para sintetizar el ácido palmítico. En el primero se sintetiza un ácido graso de 4 C(butiril). Cada ciclo posterior alarga la cadena de ácido graso en 2 C.




201


Estrtr e á grs sts

Recuerda Los C-15 y C-16 del palmitato proceden del acetil-CoA y el resto de carbonos de lacadena proceden del malonil-CoA.

●Dentro de los dominios de la ácido graso sintasa cabe destacar la presencia de la proteína transportadorade grupos acilo (ACP), que presenta un grupo -SH y un grupo prostético 4’-fosfopanteteína. Estedominio actúa como brazo exible que une la cadena de ácido graso creciente al complejo ácido grasosintasa y también transere los intermediarios de un sitio activo al siguiente. Además es el sitio de entradade los grupos malonilo.

prteí trsrtr e grs

● Las 4 fases consecutivas de cada ciclo son las siguientes:

a) Condensación para generar acetoacetil-ACP. β-Cetoacil-ACP sintasa (KS). Se transere el grupo

acetilo desde el grupo -SH de la Cys de la enzima al grupo malonilo unido al -SH de la Cys de la ACP. Selibera CO

2.




202

@AcademiaGoBIR

b) Reducción del grupo carbonilo para generar D-β-hidroxibutiril-ACP. β-Cetoacil-ACP reductasa (KR).Se consume NADPH.

c) Deshidratación para generar trans-Δ2-butenoil-ACP. β-Hidroxiacil-ACP deshidratasa (DH). Se eliminauna molécula de H

2O al formarse un doble enlace.

d) Reducción del doble enlace para generar butiril-ACP. Enoil-ACP-reductasa (ER). Se consume NADPH.

● El grupo butirilo se transere desde el grupo -SH de la ACP al grupo -SH de la β-cetoacil sintasa.

● Para empezar otro ciclo se une otro grupo malonilo al grupo -SH de la ACP, ahora desocupado.● Cuando se ha sintetizado el ácido palmítico se libera del complejo multienzimático por acción de unatioesterasa.

Mesm e tó e á grs sts

● La síntesis del resto de ácidos grasos tiene lugar posteriormente por acción de otras 2 enzimas:

destrss → actúan en el retículo endoplásmico liso introduciendo dobles enlaces. Participanenzimas microsomales oxidasas que emplean O

2 molecular → Complejo citocromo b

5-reductasa,

dependiente de avina.

Recuerda El ser humano carece de desaturasas que introduzcan dobles enlaces más allá delC-9.

Egss → Introducen 2 C más a partir de:

- Acetil-CoA (Mitocondria) → Consumen NADPH + H+.

- Malonil-CoA (Retículo endoplásmico liso) → Utilizan CoA como transportador de grupos acilo (en vez de

ACP).




203


REaccin GloBal paRa la SnTESiS dE cidoS GRaSoS

FASES A PARTIR DE SE GENERAN

7 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP

Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+

8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+

7 Malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 7 H+

Palmitato + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP+ + 6 H2O

Palmitato + 8 CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP++ 6 H2O

Síntesis

de malonil-CoA

Actuación de la ácido

graso sintasa(7 ciclos)

Balance global

● Además, en el transporte del acetil-CoA de la mitocondria al citosol se consumen 2 ATPs por moléculade acetil-CoA transportada:

- Un ATP en la hidrólisis del citrato en el citosol para dar de nuevo acetil-CoA + OAA: enzima citrato liasa.

- Otro ATP en la regeneración del OAA a partir de piruvato en la matriz mitocondrial: enzima piruvatocarboxilasa.

● Por lo tanto, en la síntesis de ácidos grasos, por unidad de 2 C transportada se consumen 3 moléculasde ATP.

b) Regulación de la síntesis de ácidos grasos● El paso limitante en la síntesis de ácidos grasos es la reacción catalizada por la acetil-CoA carboxilasa:

- Retroinhibición por producto: inhibida por palmitoil-CoA.

- Regulación alostérica: activada por citrato.

- Regulación por modicación covalente (fosfo/desfosforilación):

Glucagón y adrenalina → + Fosforilación → Inactivación de la enzima por disociación en subunidadesmonómericas.

Insulina → Desfosforilación→ Polimerización originando lamentos → Activación → Biosíntesis lipídica.● La ingestión de ácidos grasos poliinsaturados suprime la expresión de genes que codican enzimaslipogénicas en el hígado.

Regó e sítess e ás grss




204

@AcademiaGoBIR

2. BIOSÍNTESIS DE TRIGLICÉRIDOS

● Tiene lugar en el retículo endoplásmico de las células adiposas y hepáticas.

● El 75% de los ácidos grasos liberados en la lipólisis se reesterican para formar triglicéridos.

● Se originan mediante la estericación secuencial de una molécula de glicerol 3-P con 3 moléculas deacil-CoA:

- El glicerol 3-P procede de la DHAP en el tejido adiposo y de la fosforilación del glicerol por acción de laglicerol 3-quinasa en el hígado y en el riñón.

- Los acil-CoA se forman a partir de las acil-CoA sintetasas.

Bsítess e á fsftí

● Glicerol 3-P + 2 acil graso-CoA = ÁCIDO FOSFATÍDICO O DIACILGLICEROL 3-P → Precursor de lostriglicéridos y de los fosfoglicéridos.

● La ruta hacia los triglicéridos implica la eliminación hidrolítica del fosfato por acción de la ácido fosfatídicofosfatasa, seguida de una transferencia de otro grupo acilo procedente de un acil-CoA.

Ácido fosfatídico + H2O → 1,2-Diacilglicerol + Pi

1,2-Diacilglicerol + Acil-CoA → Triacilglicerol + CoA-SH

3. BIOSÍNTESIS DE FOSFOGLICÉRIDOS

● Son los fosfolípidos más abundantes. Su síntesis tiene lugar en el retículo endoplásmico liso.

● Los primeros pasos son idénticos a la síntesis de triglicéridos: 2 grupos acilo graso se esterican con elC-1 y C-2 del glicerol 3-P para dar ácido fosfatídico.

● A continuación, el ácido fosfatídico se activa utilizando CDP (nucleótido difosfato) → CDP-diacilglicerol.

Otra estrategia es la unión del CDP al hidroxilo del grupo de cabeza sin formar previamente CDP-diacilglicerol.




205


a) Síntesis de fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina● Bacterias y levaduras:

- La fosfatidilserina se produce por condensación de la serina + CDP-diacilglicerol.

- La fosfatidiletanolamina se produce por descarboxilación a partir de la fosfatidilserina.

● Células eucarióticas:

- La fosfatidilserina no se sintetiza a partir de CDP-diacilglicerol, sino que procede de la fosfatidiletanolaminao fosfatidilcolina mediante reacciones de intercambio del grupo de cabeza polar.

- Fosfatidilserina → Descarboxilación → Fosfatidiletanolamina → Adición de 3 grupos metilo al grupoamino → Fosfatidilcolina (los 3 grupos metilo proceden de la S-adenosilmetionina).

- La fosfatidilcolina en el hígado se produce también por metilación de la fosfatidiletanolamina y en el restode tejidos se produce a partir de CDP-colina y DAG.

Recuerda La fosfatidilcolina es un componente importante del surfactante pulmonar → Mantiene una tensión supercial elevada evitando el colapso alveolar. El surfactantepulmonar contiene entre un 50-60% de dipalmitoilfosfatidilcolina.

Rt e sítess e fsfís e mmífers bters

b) Síntesis de fosfatidilinositol, fosfatidilglicerol y cardiolipina● El fosfatidilinositol, tanto en bacterias como en células eucariotas, se sintetiza por condensación delCDP-diacilglicerol con el inositol.

● El fosfatidilglicerol, tanto en bacterias como en eucariotas, se sintetiza por la condensación del CDP-diacilglicerol con glicerol 3-P para dar fosfatidilglicerol 3-P con posterior rotura del enlace monoéster fosfato.

● La cardiolipina:

- En bacterias se sintetiza por condensación de 2 moléculas de fosfatidilglicerol con eliminación de glicerol.

- En eucariotas se condensa una molécula de fosfatidilglicerol con otra de CDP-diacilglicerol.




206

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Sítess e r fsftst e erts

c) Síntesis de plasmalógenos● Tiene lugar en los peroxisomas.

● Se forman a partir de la 1-acildihidroxiacetona 3-P con posterior entrada de un ácido graso estericado yun alcohol de cadena larga con formación de un enlace éter. El doble enlace es introducido por una oxidasa

de función mixta.

4. BIOSÍNTESIS DE ESFINGOLÍPIDOS● Las primeras reacciones ocurren en el retículo endoplásmico y la unión de los grupos de cabeza polar en el aparato de Golgi.

Bsítess e esgís




207


● Fases:

a) Palmitoil-CoA + serina → Esnganina (amina de 18 C).

b) Ácido graso + esnganina (unión por enlace amida) → N-acilesnganina.

c) Desaturación de la porción esnganina → N-acilesngosina o ceramida.

d) Unión del grupo de cabeza polar:

- UDP-azúcar: gangliósido, cerebrósido.

- CDP-alcohol: esngomielina.

5. BIOSÍNTESIS DE COLESTEROL

● El colesterol es un lípido constituido por 27 C, procedentes del acetato. Las 2 fuentes principales son: laalimentación y la síntesis endógena “de novo”.

● Es un constituyente imprescindible de las membranas celulares y es precursor de diferentes metabolitos.Una vía importante de eliminación es su conversión en ácidos biliares.

● La síntesis de colesterol tiene lugar en el citosol y en el retículo endoplásmico liso, principalmente delhígado (aunque numerosos tejidos pueden sintetizar colesterol).

● Fases:

Formación de mevalonato (6 C). HMG-CoA reductasa

- Las primeras reacciones hasta la formación del hidroximetilglutaril-CoA son idénticas a la síntesis decuerpos cetónicos, salvo porque la síntesis de colesterol se da en el citosol.

- El paso de HMG-CoA a mevalonato es el paso limitante en la biosíntesis de colesterol → HMG-CoAreductasa (proteína integral de membrana del REL). Consume 2 moléculas de NAPH.

Formación de escualeno a partir de mevalonato

- Estas reacciones se dan en el citosol.

- El mevalonato se activa mediante 3 fosforilaciones sucesivas consumiendo 3 moléculas de ATP.

- Posteriormente tiene lugar una reacción de descarboxilación mediante una eliminación trans y formación

de un doble enlace → Isopentenil-pirofosfato (5 C), por isomerización origina el dimetilalil-pirofosfato(5 C). Estos dos compuestos son isoprenos activados.

- Condensación “cabeza-cola”: isopentenil-pirofosfato + dimetilalil-pirofosfato → Geranil-pirofosfato (10 C). - Condensación “cabeza-cola”: geranil-pirofosfato + isopentenil-pirofosfato → Farnesil-pirofosfato (15 C).- Condensación “cabeza-cabeza”: 2 moléculas de farnesil-pirofosfato → Escualeno (30 C). Reaccióndependiente de NADPH con eliminación de 2 grupos pirofosfato.

Ciclación del escualeno a lanosterol

- La formación del núcleo esteroide (cuatro anillos condensados) comienza con la síntesis de epóxido deescualeno por acción de una oxidasa de acción mixta, que introduce una función epóxido entre C-2 yC-3. Después esta estructura lineal se cicla para formar lanosterol.

Formación del colesterol

- Ocurre en una serie de 20 reacciones sucesivas donde se producen reducciones de dobles enlacesdependientes de NADPH y 3 desmetilaciones.

- Se elimina un grupo metilo del C-14 y dos grupos metilo del C-4.

- Se forma el 7-dehidrocolesterol, que nalmente se reduce para dar colesterol (27 C).




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Bsítess e ester

a) Regulación de la síntesis del colesterol● La síntesis de colesterol está regulada por su concentración intracelular (que a su vez depende de lavelocidad con la que el colesterol entra en las células procedente del torrente circulatorio) y por el glucagóny la insulina.

● El paso limitante de la síntesis de colesterol es la reacción catalizada por la HMG-CoA-reductasa:- Niveles altos de colesterol intracelular → Inhiben la transcripción del RNAm que codica para la HMG-CoA reductasa.

- Control hormonal → Modicación covalente:

La HMG-CoA fosforilada → Inactiva. Ej. Glucagón.La HMG-CoA desfosforilada → Activa. Ej. Insulina.

Recuerda Concentraciones intracelulares elevadas de colesterol activan la ACAT que catalizala estericación del colesterol para su almacenamiento e inhibe la síntesis dereceptores de LDL en el hepatocito.

- Las estatinas son similares al mevalonato y son inhibidores competitivos de la HMG-CoA reductasa.




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6. FORMACIÓN DE OTROS COMPUESTOS A PARTIR DEL COLESTEROL

a) Hormonas esteroideas

● La síntesis de hormonas esteroideas requiere la eliminación de alguno o de todos los carbonos de lacadena lateral en C-17 del anillo D del colesterol.

● La eliminación de la cadena lateral tiene lugar en las mitocondrias de los tejidos productores deesteroides. Implica la hidroxilación de C-20 y C-22, seguida de la rotura del enlace entre ellos para darpregnenolona.

● Todas las reacciones de hidroxilación y oxigenación de la síntesis de hormonas esteroideas estáncatalizadas por oxidasas de función mixta.

b) Ácidos biliares● Son derivados esteroideos con propiedades detergentes que emulsionan los lípidos en el intestinofacilitando la absorción de las grasas.

● Se sintetizan en el hígado, se almacenan en la vesícula biliar formando la bilis (contienen sales biliares,colesterol, fosfolípidos y pigmentos biliares como bilirrubina o biliverdina) y se transportan al intestino através del conducto biliar.

● Los ácidos biliares primarios más importantes son el cólico y el quenodesoxicólico y se conjugan con

glicina o taurina para originar las sales biliares.● La síntesis de ácidos biliares implica una serie de hidroxilaciones catalizadas por oxidasas de funciónmixta P450 microsomales. La etapa limitante del proceso es la primera reacción, que implica la conversióndel colesterol en 7-α-hidrocolesterol, catalizada por la enzima 7-α-hidroxilasa.

● Las sales biliares se segregan al intestino delgado superior donde ejercen su acción y posteriormente sereabsorben en el íleon mediante cotransporte con Na+. Vuelven de nuevo al hígado (98-99%) a través dela vena porta para reutilizarse (circulación enterohepática).

● Las moléculas de sales biliares se reciclan unas 18 veces antes de ser nalmente eliminadas con lasheces.

● El mecanismo más importante para degradar y eliminar el colesterol es su conversión en ácidos biliares.




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@AcademiaGoBIR

Metbsm e s ás bres

Recuerda El isopentenil-pirofosfato es precursor de las vitamina A, E, K, pigmentosvegetales como los carotenos, el dolicol y la ubiquinona.




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8. PATOLOGÍA DEL METABOLISMO LIPÍDICO

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE LIPOPROTEÍNAS

1. HIPERLIPOPROTEINEMIAS: Acúmulo de una o varias lipoproteínas

CLASES DE HIPERLIPOPROTEINEMIAS. CLASIFICACIÓN DE FREDICKSON

ENFERMEDAD CARACTERÍSTICAS LIPOPROTEÍNA DEFECTO ACUMULADA

HipertrigliceridemiaValores bajosde LDL y HDLHepatoesplenomegaliaXantomas

HipercolesterolemiaXantomasRiesgo de aterosclerosis yenfermedad coronaria

HipercolesterolemiaXantomasRiesgo de aterosclerosis yenfermedad coronaria

HipercolesterolemiaXantomasMuy aterogénica

Hipertrigliceridemia Aumento de colesterol aexpensas de las VLDL.Riesgo moderado decoroniopatía. Se relaciona conobesidad y diabetes tipo II

HipertrigliceridemiaLDL y HDL bajasFrecuente en alcohólicos

En apariencia beneciosopara la salud y longevidad

● Décit de LPL ● Producción de LPL anormal ● Décit de apo C-II ● Herencia autosómica

recesiva

Fallo en elreceptor de LDL

● Biosíntesis reducida o

defectuosa del receptor deLDL

● Transporte reducido odefectuoso del receptor desde el retículoendoplásmico al Golgi

● Unión anómala de las LDLpor el receptor

● Internalización anómala delas LDL por el receptor

● Herencia autosómicadominante

● 1/500 portadores

● Además del defecto en elreceptor de LDL hay unasíntesis aumentada de VLDL


● Alteración en la síntesis deapo E (generalmente estápresente en 3 isoformas: E2,E3 y E4)

● Solo tienen apo E-2, y ésta nointeracciona con el receptor E

● Herencia autosómicarecesiva

● Sobreproducción de VLDL


● Escasa actividad de la LPLcon mayor producción deVLDL hepáticas


Tipo I

Hiperquilomicronemia familiar odécit de LPL familiar

Tipo IIa

Hipercolesterolemia familiar

Tipo IIb

Hiperlipemia familiar combinada

Tipo III

Disbetalipoproteinemia familiar

Enfermedad de la beta ancha

Deciencia en apo E

Tipo IV

Hipertrigliceridemia familiar

ES LA + FRECUENTE

Tipo VHiperlipemia mixta familiar

Hiperalfalipoproteinemia familiar

Quilomicrones

LDL

LDL y VLDL

QM,VLDL y IDL(β-VLDL)

VLDL

QM y VLDL

HDL




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2. HIPOLIPOPROTEINEMIAS: Décit de una o varias lipoproteínas

a) Abetalipoproteinemia o síndrome de Bassen-Kornzweig

● Herencia autosómica recesiva.

● Es un trastorno raro que se debe a mutaciones en el gen MTP que codica para una proteína microsomalde transferencia de triglicéridos.

● Existe un décit en la síntesis de apo B → Ausencia de QM, VLDL y LDL.● Acúmulo de grasas en el enterocito → Malabsorción.

● Es característica la presencia de acantocitos → Consecuencia de la acción de la LCAT sobre los eritrocitos.

● Los pacientes desarrollan retinitis pigmentaria y ataxia → Por décit vitamínico.

b) Analfalipoproteinemia o enfermedad de Tangier ● Enfermedad autosómica recesiva.

● Mutación en un gen que codica para la proteína transportadora ABC1 que facilita la transferencia decolesterol hacia las HDL → Acúmulo de ésteres de colesterol en diversos órganos y deciencia de HDL.

● Disminución severa o décit de apo A-I.

● Hepatomegalia.

Recuerda La presencia de la isoforma apo E-4 se asocia con la enfermedad de Alzheimer yes predictivo de la misma.

ALTERACIONES DE LA OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS

1. DEFICIENCIA DE CARNITINA

● Calambres musculares.● Hipoglucemia grave.

2. DEFICIENCIAS DE LAS ENZIMAS DE LA β-OXIDACIÓN

Décit de acil-CoA dh de cadena media (MCAD) Hipoglucemia hipocetósicaDécit de acil-CoA dh de cadena larga (LCAD) Fallo hepático con hiperamonemia

● Se transmiten de forma autosómica recesiva. A veces el desenlace de la enfermedad es fatal simulandoel síndrome de muerte súbita infantil.

● Otra manifestación grave: síndrome de Reye → Encefalopatía aguda no inamatoria y disfunción

hepática con degeneración grasa del hígado. El uso de salicilatos durante el curso de una infecciónviral es un factor que predispone a su desarrollo, además de ciertos errores congénitos del metabolismo. El80% de los casos de etiología metabólica se asocian a defectos en enzimas de la β-oxidación mitocondrialo de la cetogénesis. El 20% restante se asocia a defectos de la gluconeogénesis hepática, alteracionesen la cadena respiratoria mitocondrial o enfermedades metabólicas que puedan originar hiperamonemia.

3. DEFICIENCIA EN LOS MECANISMOS DE OXIDACIÓN PEROXISOMAL

a) Adrenoleucodistroa

● Enfermedad ligada al cromosoma X.

● Se debe a un defecto en la oxidación peroxisomal de los ácidos grasos de cadena muy larga por alteraciónde una proteína de transporte peroxisomal.




213


● Se produce un acúmulo de estos ácidos grasos en la fracción gangliósida de la sustancia blanca cerebraly corteza suprarrenal.

● Cursa con alteraciones neurológicas e insuciencia suprarrenal.

4. DEFICIENCIA EN LOS MECANISMOS DE α-OXIDACIÓN

a) Enfermedad de Refsum

● Enfermedad autosómica recesiva.● Se debe al décit de una α-hidroxilasa que cataliza la α-oxidación de los ácidos grasos metilados comoel ácido tánico.

● Se acumulan grandes cantidades de ácido fitánico en los tejidos causando: retinitis pigmentaria,neuropatía periférica, ataxia cerebelosa y sordera de tipo nervioso.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE FOSFOGLICÉRIDOS

1. DEFICIENCIA DE DIPALMITOIL-LECITINA

● La dipalmitoil-lecitina es sintetizada por los neumocitos tipo II y actúa en los alveolos pulmonares comoagente tensioactivo evitando el colapso de los alveolos al nal de la espiración.

● La deciencia de dipalmitoil-lecitina da lugar a distrés respiratorio y es frecuente en prematuros.

2. SÍNDROME DE ZELLWEGER

● Enfermedad autosómica recesiva.

● Se debe a mutaciones en genes que codican proteínas encargadas del ensamblaje de los peroxisomasy proteínas de membrana.

● Presenta elevaciones de ácidos grasos de cadena muy larga en plasma y deciencia de plasmalógenos.

● Es una enfermedad que suele ser letal en el primer año de vida: hipotonía, debilidad, característicasfaciales dismórcas, hepatomegalia, alteraciones renales, convulsiones y muerte.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE ESFINGOLÍPIDOS

1. ESFINGOLIPIDOSIS

● Son un conjunto de enfermedades congénitas que se caracterizan por el décit de una de las enzimasde degradación lisosomal.

● Todas se transmiten de forma autosómica recesiva excepto la enfermedad de Fabry, que está ligadaal cromosoma X.

● Se caracterizan por manifestaciones en sistema nervioso central y sistémicas.




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TIPOS DE ESFINGOLIPIDOSIS

ENFERMEDAD ENZIMA DEFICITARIA METABOLITO ACUMULADO

GM1-β-galactosidasa

N-Acetilhexosaminidasa A

N-Acetilhexosaminidasas A y B

α-Galactosidasa

β-Glucosidasa o

glucosilceramidasa

Esngomielinasa

Ceramidasa

β-Galactosidasa ogalactosilceramidasa

Arilsulfatasa A

Gangliósido GM1

Gangliósido GM2

Gangliósido GM2 y globósidos

Trihexosilceramida

Glucosilceramida

Esngomielina

Ceramida

Galactosilceramida

3-Sulfogalactosilceramida

Gangliosidosis GM1,generalizada o de Landing

Enfermedad de Tay-Sachs

Enfermedad de Sandhoff

Enfermedad de Fabry

Enfermedad de Gaucher

Enfermedad de Niemann-Pick

Enfermedad de Farber olipogranulomatosis

Enfermedad de Krabbe oleucodistroa de células

globoides

Leucodistroa metacromática

o enfermedad de Scholtz

Recuerda Las tesaurismosis son enfermedades acumulativas o de depósito lisosomal.● La enfermedad de Tay-Sachs es una enfermedad frecuente en los judíosashkenazis (centro y este de Europa), apareciendo en 1/3.600. La enfermedadcausa degeneración del sistema nervioso central, retraso mental, ceguera y muerte

antes de los 4 años de edad. Los pacientes presentan de forma característica unamancha de color “cereza” en la mácula del ojo.

● La enfermedad de Gaucher es la enfermedad de depósito lisosomal másfrecuente y se caracteriza por acumulación de glucosilceramida en el hígado,bazo y médula, originando las células de Gaucher (macrófagos cargados deglucosilceramida).

● Las saponinas son proteínas necesarias para el ataque de la enzima alesfingolípido anclado a la membrana. Los defectos de cualquiera de estasproteínas cursan con enfermedades que presentan síntomas muy parecidos a lasesngolipidosis.

OBESIDAD

● Aumento en la cantidad de grasa corporal que condiciona un aumento del peso. Se considera que existeobesidad si el peso real supera al ideal en un 30% o si el IMC ≥ 30 kg/m2.

● Tipos de obesidad según la clasicación de la OMS:

- Obesidad grado I: IMC 30-34,9 kg/m2

- Obesidad grado II: IMC 35-39,9 kg/m2

- Obesidad grado III (obesidad extrema): IMC ≥ 40 kg/m2

● Aparece cuando existe un desequilibrio entre la ingesta y el consumo de calorías y supone un riesgo para

la vida, ya que incrementa las probabilidades de padecer diabetes tipo II, infartos o embolias derivadas dela hipertensión, la hipercolesterolemia y la resistencia a la insulina.




215


● La obesidad se puede deber a factores orgánicos con alteración estructural o metabólica de los centroshipotálamicos del apetito. Las alteraciones estructurales son poco frecuentes y de causas muy diversas(traumatismos, tumores o enfermedades inamatorias). Entre las alteraciones metabólicas está elsíndrome de Cushing, el hipotiroidismo o el hiperinsulinismo. También se han descrito alteraciones delsistema de la leptina (hormona proteica liberada por los adipocitos, que actúa sobre los receptores delhipotálamo localizados en el núcleo arcuato, promoviendo la disminución de la ingesta). Sin embargo,la mayor parte de los casos de obesidad se deben a factores funcionales (factores sociales, culturales y

psicológicos que conllevan a un aumento de la ingesta calórica).● Hormonas que regulan el apetito:

- Insulina: actúa sobre sus receptores hipotalámicos para inhibir el apetito. La leptina hace que las célulasdel hígado y del músculo sean más sensibles a la acción de la insulina.

- Adiponectina: hormona peptídica (224 aminoácidos) producida por el tejido adiposo que actúa sobre susreceptores en el hipotálamo, estimulando la ingesta y reduciendo el gasto calórico.

- Grelina: hormona peptídica (28 aminoácidos) sintetizada en el estómago que estimula el apetito actuandosobre sus receptores localizados en hipósis, hipotálamo, músculo cardiaco y tejido adiposo.

● Uno de los tratamientos para la obesidad es el ORLISTAT → Es un derivado hidrogenado de lalipostatina producida por Streptomyces toxitrycine. Actúa como un inhibidor potente y especíco de las

lipasas enteropancreáticas responsables de la hidrólisis de los triglicéridos. El mecanismo de inhibiciónconsiste en la acilación irreversible de la lipasa por reacción entre el centro activo de la enzima y ungrupo betalactona presente en el fármaco. El orlistat reduce la absorción de las grasas procedentes dela dieta hasta en un 30%.




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9. METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS

CATABOLISMO DE AMINOÁCIDOS

● Los aminoácidos experimentan degradación oxidativa en las siguientes circunstancias:

a) Recambio proteico → Síntesis y degradación normal de las proteínas celulares. Si los aminoácidosliberados durante este proceso de recambio no son necesarios para la síntesis de nuevas proteínasexperimentan un proceso degradativo. Puede tener lugar en:

- Lisosomas → Orgánulos que contienen un pH=5,5 y diversas enzimas hidrolíticas y proteolíticasespecializadas. En los lisosomas este catabolismo sucede mediante:

- Autofagia → Pequeñas áreas del citosol se rodean de membrana procedente del retículo endoplásmicoy capturan las proteínas intracelulares. Ej. Proteínas de membrana o ribosomales.

- Heterofagia → Degradación de proteínas extracelulares capturadas por endocitosis. Ej. LDL.

- Citosol → Se produce a través de proteínas dependientes de calcio como la calpaína, o a través deun complejo multienzimático denominado proteasoma, con actividad proteasa que reconoce proteínasmarcadas para su degradación. Este marcaje depende de la proteína ubiquitina y requiere energía en

forma de ATP. Esta degradación la sufren las proteínas citosólicas y nucleares.b) Dieta rica en proteínas que exceda las necesidades corporales → El excedente se cataboliza, losaminoácidos no se pueden almacenar.

c) Inanición o diabetes mellitus → No hay disponibilidad de glúcidos, se degradan aminoácidos paraobtener energía.

● El proceso de degradación de los aminoácidos implica:

1. Eliminación del grupo amino → Los aminoácidos se metabolizan en el hígado → El grupo amino setransforma en amoniaco, que es muy tóxico, especialmente para el cerebro:

- Una parte del amoniaco se recicla y se utiliza para la síntesis de aminoácidos, nucleótidos u otras aminas.

- El exceso se convierte en urea para su excreción.

2. Eliminación del esqueleto carbonado → Puede procesarse hasta la oxidación total en el ciclo de Krebs opuede utilizarse para la síntesis de hidratos de carbono dependiendo de los 7 productos metabólicos quese originen en su degradación. Según el metabolito que generan, los aminoácidos pueden ser:

- Si generan acetil-CoA o acetoacetil-CoA → Aminoácidos cetogénicos.

- Si generan piruvato, α-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato u OAA→ Aminoácidos gluconeogénicos.

Ruta general del catabolismo de los aminoácidos




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1. DEGRADACIÓN DEL GRUPO AMINO

a) Transaminación de los aminóacidos

● En el hígado los aminoácidos sufren la eliminación del grupo α-amino en un proceso denominadoTRANSAMINACIÓN. Las transaminasas transeren el grupo α-amino de los aminoácidos al α-cetoglutaratopara formar el α-cetoácido correspondiente del aminoácido y L-glutamato.

● El glutamato actúa como aceptor de los grupos amino de los aminoácidos y como dador de grupos aminopara las rutas biosintéticas o para rutas de excreción que conducen a la eliminación de los productosnitrogenados de desecho.

● Todas las transaminasas tienen como grupo prostético fosfato de piridoxal y catalizan reaccionesreversibles actuando mediante un mecanismo de reacción bimolecular “ping-pong”.

● Las 2 transaminasas más importantes y con gran interés clínico son:

- GOT o AST → Glutamato-oxalacetato-transaminasa o aspartato aminotransferasa.

- GPT o ALT → Glutamato-piruvato-transaminasa o alanina aminotransferasa.

Reacción de transaminación

b) Desaminación oxidativa

● El glutamato generado en las reacciones de transaminación es transportado desde el citosol a la matrizmitocondrial, donde se elimina el grupo amino en forma de ión amonio mediante desaminación oxidativa.

● Está catalizada por la enzima L-glutamato deshidrogenasa. Es la única enzima que puede utilizar tanto

NAD+ como NADP+.

Glutamato + H2O + NAD(P)+ → α-cetoglutarato + NAD(P)H + H+ + NH

4+

● Aminotransferasa + Glutamato deshidrogenasa → TRANSDESAMINACIÓN. Algunos aminoácidos sesaltan la ruta de transdesaminación y experimentan desaminación oxidativa directa.

● La enzima glutamato deshidrogenasa está sometida a modulación alostérica:

- Activada por: ADP.

- Inhibida por: GTP.

● El amonio generado en el hombre se elimina a través del ciclo de la urea.

● La mayor parte del amoniaco (en forma de amonio) se genera por desaminación oxidativa tanto en el

hígado como en los tejidos extrahepáticos, pero existen otros procesos que liberan amoniaco como:a) Acción de aminoácido oxidasas dependientes de FMN en el hígado y en el riñón.




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b) Acción de las serina y treonina deshidratasas: la Ser y la Thr son aminoácidos que no son sustratosde transaminación. Sufren la acción de la Ser y Thr deshidratasas hepáticas, dependientes de piridoxalfosfato. Los esqueletos carbonados obtenidos en estas reacciones son el piruvato y el α-cetobutirato,respectivamente.

c) Acción de la ureasa bacteriana: es una fuente importante de amoniaco del hígado. Está presente en lasbacterias intestinales y cataliza la conversión de urea en NH

4+ + CO

2.

d) Reacción de transaminación entre el glutamato y el OAA para dar aspartato por acción de la enzimaaspartasa que origina fumarato + NH4+.

c) Transporte del amoniaco de los tejidos extrahepáticos al hígado

Transporte del nitrógeno al hígado y al riñón

● El amoniaco libre generado en los tejidos extrahepáticos es transformado en compuestos no tóxicosantes de ser transportado en sangre:

Glutamina

● La glutamina posee 2 átomos de nitrógeno en vez de 1, lo que le convierte en una molécula idónea parael transporte de nitrógeno por el organismo. Constituye la forma no tóxica de transportar el amoniaco en

sangre.● Se forma por combinación con glutamato (por acción de la glutamina sintetasa, que requiere ATP).

● Es transportada al hígado, riñón e intestino, donde libera el nitrógeno amídico en forma de ión amonio por acción de la glutaminasa mitocondrial.

● El NH4+ del intestino y del riñón se transporta al hígado donde se elimina en forma de urea.

Ciclo de la glucosa-alanina

● La alanina también juega un papel importante en el transporte de los grupos amino al hígado de forma notóxica. Se produce en el músculo y otros tejidos, como la mucosa intestinal, donde el glutamato generadopor transaminación transere su grupo α-amino al piruvato por acción de la enzima ALT. La alanina

sintetizada pasa a la sangre y es transportada al hígado. Una vez allí, se da la reacción inversa y se formaglutamato y piruvato:




219


- Glutamato:

1. Entra en las mitocondrias y sufre desaminación oxidativa para generar amonio.

2. Experimenta una reacción de transaminación con OAA para dar aspartato que, por acción de laaspartasa, origina fumarato + NH

4+.

- Piruvato: se utiliza para producir glucosa, que vuelve de nuevo al músculo.

● Este ciclo proporciona al músculo esquelético en ejercicio glucosa sanguínea elaborada por el hígado a

partir del esqueleto carbonado de la alanina.

Representación del ciclo de la glucosa-alanina

d) Ciclo de la urea o ciclo de Krebs-Henseleit● Si los grupos amino de los aminoácidos no son requeridos para la síntesis de nuevos aminoácidos u otroscompuestos nitrogenados, son eliminados mediante su transformación en urea en el hígado y posteriorexcreción por los riñones.

● Según la vía metabólica existente para la eliminación del nitrógeno, los organismos se clasican en:

- Amoniotélicos → Si se elimina en forma de amoniaco. Ej. Peces teleósteos.

- Uricotélicos → Si se elimina como ácido úrico. Ej. Aves, reptiles e insectos

- Ureotélicos → Si se elimina en forma de urea. Poseen la enzima arginasa y por tanto, pueden completarel ciclo de la urea. Ej. La mayor parte de animales terrestres, incluyendo la especie humana.

● Consta de 5 pasos enzimáticos, los 2 primeros tienen lugar en la mitocondria y los 3 siguientes en el

citosol.




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● Pasos:

1. Síntesis de carbamil-P en la matriz mitocondrial. Carbamil-P sintetasa I (irreversible)

- El primer grupo amino de la urea es proporcionado por el amonio procedente del glutamato.

NH4+ + HCO

3- + 2 ATP → Carbamil-P + 2 ADP + Pi.

2. Síntesis de citrulina en la matriz mitocondrial. Ornitina transcarbamilasa u ornitina carbamiltransferasa

- El carbamil-P cede su grupo carbamilo a la ornitina para dar citrulina y libera Pi. La citrulina es transportadaal citosol.

3. Formación de arginosuccinato en el citosol. Arginosuccinato sintetasa

- El segundo grupo amino es proporcionado por el aspartato (generado por transaminación a partir deOAA y glutamato en la mitocondria y transportado al citosol), que se condensa con la citrulina para dararginosuccinato.

- Es una reacción que requiere ATP y que transcurre mediante la formación de un intermediario citrulil- AMP.

4. Síntesis de fumarato en el citosol. Arginosuccinasa- La enzima corta el arginosuccinato en fumarato y arginina. El fumarato entra en la mitocondria y se dirigeal ciclo de Krebs. La arginina es el precursor inmediato de la urea. Único paso reversible del ciclo de laurea.

5. Formación de urea (dos grupos amino) en el citosol. Arginasa

- La enzima actúa sobre la arginina para dar urea y ornitina. La ornitina es transportada de nuevo a lamitocondria y se incorpora de nuevo al ciclo.

Ojo La arginasa es una enzima exclusivamente hepática por lo que el ciclo de la urease da de forma completa solo en el tejido hepático para rendir urea. En otros tejidos,

como riñón e intestino, este ciclo se puede utilizar para la síntesis del aminoácidoarginina.




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Ciclo de la urea

Balance energético del ciclo de la urea

● CO2 + NH

4+ + 3 ATP + Aspartato + 2 H

2O → Urea + Fumarato + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi

● En el ciclo de la urea se consumen 3 moléculas de ATP.

Regulación del ciclo de la urea

● El incremento en la producción de urea se ve favorecido en las siguientes circunstancias:

- Dietas ricas en proteínas: el esqueleto carbonado de los aminoácidos es utilizado como combustible y elgrupo amino se cataboliza hacia la producción de urea.

- Inanición: la degradación proteica muscular suministra gran parte de la energía metabólica.

Regulación enzimática

● La carbamil-P sintetasa I está sometida a regulación alostérica:

- Activada por: N-acetilglutamato (indicador de las concentraciones intracelulares de glutamato).

2. DEGRADACIÓN DEL ESQUELETO CARBONADO DE LOS AMINOÁCIDOS

● El esqueleto carbonado de los aminoácidos se cataboliza para originar 7 productos principales que sepueden oxidar completamente a CO

2 y H

2O o desviar hacia la gluconeogénesis o la cetogénesis.

● Se clasican en:

- Glucogénicos: producen piruvato o compuestos intermediarios del ciclo de Krebs. Todos terminan

transformándose en OAA y llevando a la síntesis de glucosa → Alanina, valina, glicina, metionina, cisteína,serina, aspártico, asparagina, arginina, glutamina, histidina y prolina.




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- Cetogénicos: se convierten en acetil-CoA o acetoacetil-CoA, que se dirigen hacia la síntesis de cuerposcetónicos → Leucina y lisina.

- Glucocetogénicos: algunos aminoácidos pueden ser degradados de ambas formas. Parte de suesqueleto carbonado origina glucosa → Triptófano, fenilalanina, tirosina, treonina e isoleucina.

Destino del esqueleto carbonado de los aminoácidos

● El catabolismo de los aminoácidos se da en el hígado salvo para los aminoácidos de cadena lateralramicada (Ile, Leu y Val), que se degradan principalmente en músculo, tejido adiposo, riñón y cerebro porel complejo α-cetoácido de cadena ramicada deshidrogenasa, mediante descarboxilación oxidativa.

BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS● Todos los aminoácidos se sintetizan a partir de intermediarios de la glucólisis, del ciclo de Krebs o de laruta de las pentosas fosfato.

● Aminoácidos no esenciales: no necesitan ser aportados con la dieta porque el ser humano es capaz desintetizarlos de forma endógena.

● Aminoácidos esenciales: deben obtenerse necesariamente con la dieta ya que el ser humano es incapazde sintetizarlos.




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AMINOÁCIDOS AMINOÁCIDOS

ESENCIALES NO ESENCIALES

Fenilalanina Alanina

Histidina Asparagina

Isoleucina Aspartato

Leucina

Glutamato Lisina Serina

Metionina Cisteina

Treonina Glicina

Triptófano Glutamina

Valina Prolina

Arginina* Tirosina

* La arginina es un aminoácido esencial para los niños en crecimiento

Recuerda CALIDAD PROTEICA: capacidad que tienen los aminoácidos de una proteína de

la dieta para satisfacer los requerimientos nutricionales del organismo.

1. FAMILIAS DE AMINOÁCIDOS

a) Familia del α-cetoglutarato

Aminoácidos de la familia del α-cetoglutarato

Glutamato

● En los animales se sintetiza por:

- Transaminación a partir del α-cetoglutarato (ruta mayoritaria).

- Acción de la glutamato deshidrogenasa dependiente de NADPH:

α-cetoglutarato + NH4+ + NADPH → L-glutamato + NADP+ + H

2O

● Es precursor de:

- Aminoácidos: glutamina, prolina y arginina.

- Glutatión (γ-glutamilcisteinilglicina): participa en el mantenimiento de los grupos sulfhidrilo de las proteínasen estado reducido y del hierro del hemo en estado ferroso.

- Peptidoglucano de las bacterias: en forma de D-glutamato.

- Neurotransmisores: GABA (ácido γ-aminobutírico): se genera por descarboxilación del glutamato.




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Glutamina

● Se genera a partir del glutamato por acción de la glutamina sintetasa. Cataliza la reacción del glutamatocon el NH

4+ para dar glutamina y consume ATP. El intermediario es el γ-glutamil-P. Esta enzima está

constituida por 12 subunidades idénticas y en algunos organismos, como en ciertas bacterias, su regulaciónes muy compleja → Regulación alostérica y por modicación covalente:

- La enzima se inhibe por alanina, glicina y por, al menos, 6 productos nales del metabolismo de la

glutamina. Los efectos de cada uno de los inhibidores son aditivos, de modo que la totalidad de losinhibidores en su conjunto inactivan la enzima.

- La adenililación (incorporación de AMP) del centro activo de la enzima hace que se incremente lasensibilidad a los inhibidores alostéricos. Esta adenililación está cataliza por la adenililtransferasa.

● Funciones de la glutamina:

- Donador de grupos amino en diversas reacciones de biosíntesis → Dador de nitrógeno para la síntesisde histidina, triptófano y asparagina, síntesis de aminoazúcares, nucleótidos y glucoproteínas.

- Transporte del NH4+ a través del torrente circulatorio de forma no tóxica.

- Fuente de energía importante en algunos tejidos como hígado y riñón → En el intestino delgado el 55%del carbono de la glutamina se oxida a CO

2.

Regulación de la glutamina sintetasa

Prolina

● Es un derivado cíclico del glutamato que para su síntesis consume 1 ATP y 2 NAD(P)H. Se forma primeroun intermediario γ-glutamil-P, que se reduce a glutamato γ-semialdehído y se cicla espontáneamente paradar prolina.

● La prolina también se puede sintetizar a partir de la arginina obtenida de la dieta o de las proteínastisulares → La arginasa convierte la arginina en ornitina y urea → La ornitina se convierte en glutamatoγ-semialdehído → Síntesis de prolina.

● El derivado hidroxilado de la prolina es la hidroxiprolina, componente estructural del colágeno.




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Arginina

● Se sintetiza a partir de glutamina → Glu → Ornitina → Citrulina (este proceso ocurre solo en la mucosaintestinal). La citrulina es transportada al riñón donde se transforma en arginina. ● Es precursora de:

- Óxido nítrico → Gas que actúa como neurotransmisor y segundo mensajero. Presenta acciónvasodilatadora en células vasculares endoteliales y músculo liso, reduce la presión sanguínea e inhibe la

agregación plaquetaria. Se sintetiza por acción de la óxido nítrico sintasa (hemoproteína), dependiente deNADPH, que también produce citrulina.

- Espermina y espermidina → Poliaminas que participan en el empaquetamiento del DNA. Proceden dela metionina y de la ornitina (precursor de la arginina).

La diuorometilornitina (DFMO) es un inhibidor suicida de la ornitina descarboxilasa(requiere PLP), primera enzima en la biosíntesis de espermina y espermidina. Estecompuesto se utiliza en la terapia de la enfermedad del sueño ya que bloquea laproliferación del Tripanosoma brucei gambiense.

- Creatina → Se sintetiza a partir de la arginina y la glicina y utiliza la S-adenosilmetionina como dadorde grupos metilo.

b) Familia del 3-fosfoglicerato

Aminoácidos de la familia del 3-fosfoglicerato

Serina

● Es un aminoácido de 3 C que se sintetiza a partir del 3-fosfoglicerato en una ruta que incluyedeshidrogenación (utiliza NAD+), transaminación e hidrólisis por una fosfatasa (paso irreversible de la ruta).

● Es precursora de:

- Glicina y cisteína.

- Etanolamina, esngosina y colina.

- Betaína (trimetilglicina): compuesto donador de grupos metilo. La colina también es precursora en su rutade síntesis.

Glicina

● Es un aminoácido de 2 C que se sintetiza principalmente a partir de la serina por acción de la serinahidroximetiltransferasa (cofactores: tetrahidrofolato y piridoxal fosfato).

● La glicina actúa como neurotransmisor inhibitorio en el SNC.

● Es precursora de:- Creatina (Gly + Arg + Met).

- Glutatión.

- Purinas y porrinas (glicina + succinil-CoA).

- Sales biliares.- Ácido hipúrico o hipurato → Benzoilglicina.

Recuerda




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Cisteína

● En los mamíferos se sintetiza a partir de 2 aminoácidos: metionina y serina. La Met aporta el átomo deazufre y la Ser, el esqueleto carbonado.

● La metionina se convierte en S-adenosilmetionina, que cede su grupo metilo para darS-adenosilhomocisteína. Ésta se hidroliza dando homocisteína libre, la cual reacciona con la serina.

● Participan 2 enzimas: cistationina β-sintasa ycistationina-γ-liasa, dependientes de piridoxal fosfato.

Biosíntesis de cisteína a partir de homocisteína y serina

● Es precursora de:

- Glutatión.

- Taurina.

- Cistina (dos cisteínas oxidadas unidas a través de un puente disulfuro).

c) Familia del oxalacetato-piruvato

Familia de aminoácidos derivados de oxalacetato y piruvato




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Aspartato

● Se forma a partir de oxalacetato en una reacción de transaminación catalizada por la AST o GOT. Lareacción es reversible.


- Aminoácidos: asparagina, metionina, lisina y treonina.

- Bases púricas y pirimidínicas.

Asparagina

● Se sintetiza mediante una reacción de amidación del aspartato, utilizando glutamina como donador deNH

4+.

Metionina, treonina y lisina

● Los 3 aminoácidos comienzan su síntesis con la aspartato quinasa en una reacción dependiente de ATP.Presentan un intermediario común: el aspartato β-semialdehído. Además, la homoserina es el precursorcomún de la metionina y la treonina.

● La trimetil-Lys es precursora de la carnitina (los grupos metilo son aportados por la S-adenosilmetionina).

Isoleucina y valina

●

La isoleucina se sintetiza a partir de treonina y piruvato a través del intermediario α-cetobutirato quederiva de la treonina. Las rutas de biosíntesis de isoleucina y valina son paralelas, comparten 4 enzimas ycomienzan con la condensación de 2 moléculas de piruvato.

Leucina

● Se sintetiza a partir de un intermediario de la ruta de la valina, el α-cetoisovalerato.

Alanina

● Se sintetiza mediante una reacción de transaminación con el glutamato a partir de piruvato, catalizadapor la ALT o GPT.

Recuerda La alanina es liberada a la sangre desde la mucosa intestinal → Los enterocitostransforman la mayoría del aspartato y glutamato de la dieta en alanina.

d) Familia del fosfoenolpiruvato

● Esta familia comprende los aminoácidos con anillo aromático.

Aminoácidos que proceden del fosfoenolpiruvato

● El anillo bencénico de los aminoácidos aromáticos se forma por la ruta del shiquimato (7 C). Esta ruta

sintetiza corismato, compuesto precursor común. A partir del corismato se generan 2 ramas: una para lasíntesis de triptófano y otra que conduce a la fenilalanina y a la tirosina.




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Triptófano

● Es sintetizado a partir de corismato, que se convierte en antranilato (participa la glutamina). El anilloindólico se forma por acción de la triptófano sintasa, que requiere serina y piridoxal fosfato.


- Neurotransmisores: serotonina (presenta un grupo etilamino, al igual que la dopamina).

- NAD+ y NADP+.

- Ácido nicotínico.● El triptófano se degrada a quinurenina y origina: picolinato (que se excreta en la orina), niacina y NAD+.

Fenilalanina y tirosina

● En bacterias se sintetizan a partir de un intermediario común, el prefenato.

● En los animales, la tirosina se produce a partir de la fenilalanina por acción de la enzima fenilalaninahidroxilasa que requiere como cofactor tetrahidrobiopterina.

● La tirosina es precursora de:

- Catecolaminas: dopamina, noradrenalina y adrenalina.

- Hormonas tiroideas.

- Melanina.● Además el Trp, la Phe y la Tyr son precursores de otros compuestos presentes en el reino vegetal o enproductos comerciales:

- Lignina → Phe y Tyr.

- Hormona de crecimiento vegetal auxina → Trp.

- Taninos y morna → Phe y Tyr.

e) Familia de la ribosa-5-P

Síntesis de histidina

Histidina● Requiere 3 precursores:

- PRPP (5-fosforribosil-1-pirofosfato) → Aporta 5 C.

- ATP → Su anillo purínico aporta 1 N y 1 C.

- Glutamina → Aporta 1 N.● Es precursora de:

- Histamina → Descarboxilación de la histidina. Potente vasodilatador liberado durante la reacción alérgica.

Recuerda La cimetidina es un análogo estructural de la histamina que inhibe los receptoresH

2de las células parietales impidiendo la secreción de ácido gástrico.

2. REGULACIÓN DE LA BIOSÍNTESIS DE AMINOÁCIDOS

● El principal mecanismo de regulación es la retroinhibición por producto nal → Generalmente laprimera reacción está catalizada por una enzima alostérica que ejerce el control global de la velocidad através de la vía.

●

La regulación alostérica puede ser muy compleja, de tal manera que varios productos actúen comomoduladores negativos y sus efectos sean sumatorios → Inhibición concertada. Ej. Regulación de laglutamina sintetasa.




229


10. PATOLOGÍA DEL METABOLISMO YTRANSPORTE DE LOS AMINOÁCIDOS

ALTERACIONES DEL TRANSPORTE DE AMINOÁCIDOS

● El transporte de aminoácidos se lleva a cabo a través de transportadores especícos de grupo:transportadores para aminoácidos neutros, dibásicos, ...

● El déficit o fallo de un transportador afecta al transporte de varios aminoácidos. Esta alteracióngeneralmente afecta al transporte intestinal y renal.

● Los aminoácidos que pasan el ltrado glomerular se reabsorben casi en su totalidad. La pérdida de estacapacidad origina AMINOACIDURIA.

1. CISTINURIA

● Es una enfermedad autosómica recesiva, causada por una alteración en el transporte de aminoácidosdibásicos. Se caracteriza por el aumento de la excreción renal de cistina, arginina, lisina u ornitina. Puedeocasionar litiasis renal debido a la formación de cristales hexagonales de cistina en las vías urinarias.

2. IMINOGLICINURIA

● Se origina por una alteración en el transporte de glicina, prolina e hidroxiprolina.

● Es asintomática (error congénito benigno).

3. ENFERMEDAD DE HARTNUP

● Es un trastorno autosómico recesivo causado por una alteración en el transporte de aminoácidosneutros en el tracto intestinal y renal.

● La sintomatología se debe al déficit de triptófano, que es retenido en el interior del intestino ytransformado en derivados indólicos tóxicos para el SNC (ataxia cerebelosa).

● Los síntomas son similares a la pelagra, ya que la falta de triptófano limita la producción de niacina:picores, dermatitis y fotosensibilidad.

● Cuando el decit afecta solo al transporte de Trp se desarrolla el síndrome del pañal azul → Presenciaen orina de un compuesto, el indicán, que le conere este color característico.

● En orina aparecen aminoácidos como el triptófano y la alanina.

● El tratamiento incluye dietas ricas en proteínas y suplementos de niacina.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS

1. FENILCETONURIA

● Fue el primer trastorno genético que se demostró que se debía a un décit enzimático.

● Es una enfermedad autosómica recesiva caracterizada por mutaciones en el gen que codica para lafenilalanina hidroxilasa (localizado en el cromosoma 12) que metaboliza la Phe a Tyr. Esta enzima utilizatetrahidrobiopterina como cofactor.

● Su incidencia se estima entre 1/10.000 -1/15.000.

● La sintomatología se debe al acúmulo de Phe y al décit de Tyr.

● Acúmulo de Phe:

- La fenilalanina acumulada se transforma por otras vías secundarias en metabolitos como el ácidofenilpirúvico y otros compuestos tóxicos para el cerebro; además, la propia Phe en sangre interere en eltransporte de otros aminoácidos al cerebro → Retraso mental grave en los niños.




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● La fenilalanina, el ácido fenilpirúvico, el fenilactato o el fenilacetato se eliminan por la orina. El fenilacetatoconere un olor característico a la orina.

● Décit de Tyr:

- Décit de melanina: pelo rubio y ojos azules. Décit de pigmentación en la sustancia gris del encéfalo.

- Décit de neurotransmisores.

● La fenilcetonuria es una enfermedad incluida dentro de los programas de detección precoz o cribado

neonatal con el n de poder instaurar un tratamiento temprano y evitar el daño cerebral.● Diagnóstico:

- Detección de ácido fenilpirúvico en orina por su reacción con cloruro férrico.

- Aumento de Phe en sangre → Prueba de Guthrie: comparación del crecimiento bacteriano en una cepade Bacillus subtilis que necesita la Phe para crecer. En desuso.

- Actualmente, los programas de cribado neonatal en España detectan la Phe en sangre impregnada enpapel por espectrometría de masas en tándem (MS/MS). Otros métodos analíticos incluyen uorimetría,espectrofotometría y cromatografía en capa na.

● Tratamiento:

- Dietético: restringir el aporte de Phe con la dieta. Preferentemente, dietas pobres en proteínas y

suplementos de Tyr.

Ojo Otras causas de hiperfenilalaninemia incluyen el décit en el cofactor tetrahidro-biopterina por alteración en la síntesis de la enzima que cataliza su regeneración.Consecuencias graves: este cofactor es necesario para la síntesis de noradrenali-na y serotonina.

2. TIROSINEMIA

● Se debe al décit de alguna de las enzimas implicadas en el metabolismo de la tirosina.

a) Tirosinemia tipo I

● Enfermedad autosómica recesiva. Se debe al décit de la fumarilacetoacetasa o fumarilacetoacetatohidrolasa, cuyo gen está localizado en el cromosoma 15.

● Síntomas: daño hepático grave con cirrosis y afectación renal.

b) Tirosinemia tipo II o síndrome de Richner-Hanhart● Enfermedad autosómica recesiva debida al décit de la enzima tirosina aminotransferasa, cuyo genestá localizado en el cromosoma 16.

c) Tirosinemia tipo III● Enfermedad autosómica recesiva ocasionada por el déficit de la enzima p-hidroxifenilpiruvatodioxigenasa, cuyo gen está localizado en el cromosoma 12.

3. ALCAPTONURIA● Enfermedad autosómica recesiva cuyo gen está localizado en el cromosoma 3.

● Se origina por un bloqueo en la descomposición del ácido homogentísico, un metabolito de la tirosina,debido a la deciencia de la enzima homogentísico oxidasa.

● Se acumulan grandes cantidades de ácido homogentísico, que se excreta por la orina, conriéndoleun color oscuro. Además, el ácido homogentísico se puede depositar en el cartílago y en las articulacionesocasionando artritis.

4. ALBINISMO OCULOCUTÁNEO

● Trastorno autosómico recesivo debido al décit de la enzima tirosinasa, necesaria para la formación de

melanina a partir de tirosina.● Falta de pigmentación en piel, pelo, iris y fondo de ojo → disminución de la agudeza visual y nistagmo.




231


Rutas catabólicas de la fenilalanina y la tirosina

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS AZUFRADOS

1. HOMOCISTINURIA

● Enfermedad autosómica recesiva debida al décit de β-cistationina sintasa, que cataliza la síntesis decistationina a partir de homocisteína y serina.

●Se produce acumulación de metionina (precursora de homocisteína) y homocisteína (hiperhomocisteinemia),que se eliminan por la orina. También aparece décit de cisteína.

● Síntomas:

- Alteraciones esqueléticas debido a la falta de puentes disulfuro entre las proteínas: osteoporosis,escoliosis, pectus excavatum y aracnodactilia→ Similar al síndrome de Marfan.

- Luxación del cristalino.

- Alteraciones neurológicas: retraso mental y ataques epilépticos.

● Diagnóstico:

- Se conrma midiendo la actividad de β-cistationina sintasa en cultivo de broblastos.

● Tratamiento:

- Dietas pobres en metionina con suplementos de cisteína. Algunos pacientes responden a suplementosde piridoxina.




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Recuerda La homocistinuria también se puede deber al décit de vitB12

, y en este caso cursatambién con aciduria metilmalónica, o al déficit de enzimas implicadas en elmetabolismo del tetrahidrofolato.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS

BÁSICOSHIPERLISINEMIA- Es una enfermedad autosómica recesiva que origina hiperamonemia, ya que la lisina inhibe el ciclo dela urea.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOSRAMIFICADOS● Son enfermedades en la que se produce décit de enzimas que catabolizan los aminoácidos ramicados

leucina, valina e isoleucina.● Se produce acumulación de ácidos, originando acidurias y acidemias orgánicas, y suelen cursar conhiperamonemia, por inhibición de la carbamil-P sintetasa I.

● El catabolismo de estos 3 aminoácidos origina 3 α-cetoácidos, que son descarboxilados por el mismocomplejo enzimático → Complejo de la α-cetoácido de cadena ramicada deshidrogenasa.

1. ENFERMEDAD DEL JARABE DE ARCE EN LA ORINA

● Es una enfermedad autosómica recesiva en la que se produce una deciencia del complejo de laα-cetoácido de cadena ramicada deshidrogenasa. Esto causa la acumulación de Leu, Ile y Val y desus cetoácidos ramicados que se eliminan por la orina → Orina con olor a jarabe de arce.

● Esta enfermedad también se denomina leucinosis porque el aminoácido que más se acumula es la

leucina y su cetoácido.● Los productos acumulados son neurotóxicos para el recién nacido → Rechazo al alimento, vómitos,letargia e incluso coma.

2. ACIDEMIA METILMALÓNICA

● Es una enfermedad autosómica recesiva que se debe al décit de metilmalonil-CoA mutasa quecataliza el paso de metilmalonil-CoA a succinil-CoA. Es dependiente de vitB

12.

● El metilmalonil-CoA es un producto común de la degradación de Ile, Val, Met y Thr.

● Síntomas: severos en pacientes sin restricción de la dieta proteica → Retraso del desarrollo, hipotoníamuscular y coma.

3. ACIDEMIA PROPIÓNICA

● Enfermedad autosómica recesiva que se debe al décit de propionil-CoA carboxilasa, que cataliza elpaso de propionil-CoA a metilmalonil-CoA en el catabolismo de los aminoácidos Ile, Val, Thr y Met.

● Esto causa la acumulación de ácido propiónico y otros compuestos tóxicos derivados de éste.

● Síntomas: : acidosis metabólica severa e hiperamonemia con daño neurológico severo y coma, enausencia de tratamiento.

● Tratamiento: restricción proteica en la dieta y suplementos de L-carnitina.

4. ACIDEMIA ISOVALÉRICA

● Es una enfermedad autosómica recesiva que se debe al déficit de la enzima isovaleril-CoAdeshidrogenasa, implicada en el metabolismo de la leucina.




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Síntomas: hipotermia, hipotonía, vómitos y encefalopatía aguda neonatal. Es característico el olor de laorina a “pies sudados” debido a la acumulación de ácido isovalérico.

El diagnóstico de las acidemias orgánicas en el cribado neonatal se basa en ladetección de acilcarnitinas utilizando espectrometría de masas en tándem (MS/MS) ycuanticación de ácidos orgánicos en orina.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS NO RAMIFICADOS

1. HIPERGLICINEMIA NO CETÓSICA

- Se debe al décit del complejo enzimático de degradación de la glicina.

- Se denomina “no cetósica” para diferenciarla de otros trastornos del metabolismo de los aminoácidosramicados que originan aumento de la concentración de glicina y cetoacidosis.

Recuerda La diabetes y sus complicaciones pueden cursar con cetoacidosis pero no conhiperamonemia.

- Síntomas: daño neurológico debido al papel de la glicina como neurotransmisor en el SN.

2. HISTIDINEMIA

● Alteración benigna caracterizada por el décit de la enzima histidasa, implicada en el catabolismo de lahistidina, que convierte la histidina en urocanato (éste origina N-formininoglutamato o FIGLU, que en unareacción dependiente de tetrahidrofolato produce glutamato). Aparecen niveles elevados de histidina en

plasma y orina.

ALTERACIONES DEL CICLO DE LA UREA● Las deciencias de las enzimas del ciclo de la urea producen intolerancia a las proteínas debido a laacumulación de amoníaco en el organismo → Hiperamonemia → Encefalopatía, apnea y letargia.

● Herencia autosómica recesiva, excepto el décit de ornitina transcarbamilasa, que está ligada alcromosoma X.

● La hiperamonemia transitoria del recién nacido se maniesta dentro de las primeras 24 horas devida y se caracteriza por niveles de amonio en sangre hasta 2 veces el valor normal. Cursa con alcalosisrespiratoria.

Recuerda




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RESUMEN AMINOÁCIDOS Y COMPUESTOS QUE SINTETIZAN

AMINOÁCIDO FAMILIA PRECURSOR DE… A LA QUE PERTENECE

α-cetoglutarato

α-cetoglutarato

α-cetoglutarato

α-cetoglutarato

3-Fosfoglicerato

3-Fosfoglicerato

3-Fosfoglicerato

Oxalacetato-piruvato

Fosfoenolpiruvato

Fosfoenolpiruvato

Ribosa 5-P

● Glutamina, prolina y arginina● Glutatión● Peptidoglucano bacteriano●

Neurotransmisores: GABA● Donador de grupos nitrógeno en

la síntesis de histidina, triptófano yasparagina

● Síntesis de aminoazúcares● Síntesis de nucleótidos● Síntesis de glucoproteínas

● Precursor de hidroxiprolina: colágeno

● Óxido nítrico● Espermina y espermidina● Creatina

● Aminoácidos: glicina y cisteína● Etanolamina, esngosina y colina

● Creatina● Glutatión● Purinas y porrinas● Sales biliares● Ácido hipúrico

● Glutatión● Taurina● Cistina

● Aminoácidos: asparagina, metionina,lisina y treonina

● Bases pirimidínicas

● Neurotransmisores: serotonina● NAD+ y NADP+

● Ácido nicotínico

● Dopamina, noradrenalina y adrenalina● Hormonas tiroideas● Melanina

● Histamina (vasodilatador)

Glutamato

Glutamina

Prolina

Arginina

Serina

Glicina

Cisteína

Aspartato

Triptófano

Tirosina

Histidina




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RESUMEN DE LAS PRINCIPALES ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS

ENFERMEDAD DEFECTO ASOCIADO PROCESO ALTERADO

Mutación que afecta al transporte deaminoácidos



Décit de Phe hidroxilasa

Tipo I: Décit de la enzimafumarilacetoacetato hidrolasa.Tipo II: La + frecuente. Décit de laenzima tirosina aminotransferasa.Tipo III: Décit de la enzimap-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa

Décit de la enzima homogentísicooxidasa

Décit de la enzima tirosinasa

Décit de la enzima β-cistationina

sintasa

Décit del complejo de la α-cetoácido

de cadena ramicada deshidrogenasa

Décit de metilmalonil-CoA mutasa

Décit de propionil-CoA carboxilasa

Décit de la enzima isovaleril- CoAdeshidrogenasa

Décit de ornitina transcarbamilasa: Hiperamonemia con aciduria orótica.Décit de carbamil-P sintetasa I

Transporte renal e intestinal deaminoácidos dibásicos

Transporte renal e intestinalde glicina, prolina ehidroxiprolina

Transporte renal e intestinalde aminoácidos neutros.Principalmente Trp (síntomas)

Defecto en el paso de Phe a Tyr

Alteración en el catabolismo

de la tirosina

Defecto en el catabolismo de latirosina

Décit en la formación demelanina a partir de tirosina

Alteración en la ruta debiosíntesis de cisteína

Décit en el catabolismode aminoácidos ramicados Ile,Val y Leu

Alteración del catabolismode Ile, Val, Thr y Met

Alteración del catabolismo deIle, Val, Thr y Met

Alteración del catabolismo de laleucina

Alteración del ciclo de la urea

Cistinuria

Iminoglicinuria

Enfermedad deHartnup

Fenilcetonuria

Tirosinemia

Alcaptonuria

Albinismo

Homocistinuria

Enfermedaddel jarabe de arceen la orina

Acidemiametilmalónica

Acidemiapropiónica

Acidemiaisovalérica

Hiperamonemias

* Todas son autosómicas recesivas salvo el décit de ornitina transcarbamilasa que está ligado al cromosoma X




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11. METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS

BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS● Se localiza en el CITOSOL de las células hepáticas.

● 2 vías de síntesis de nucleótidos: vías de novo y de salvamento o recuperación.

1. VÍA DE SÍNTESIS DE NOVO

● Ruta de síntesis de nucleótidos a partir de los precursores metabólicos: aminoácidos, ribosa 5-P, CO2 y NH

3.

● Las bases libres no son intermediarios en la vía de síntesis de novo.

● Precursor común en la síntesis de purinas y pirimidinas: fosforribosil pirofosfato (PRPP).

● Precursores aminoacídicos:

- Donadores de grupo amino:

a) Bases púricas → Glutamina y aspartato.

b) Bases pirimidínicas → Glutamina.

- Donadores de grupo amino y de esqueleto carbonado:a) Bases púricas → Glicina.

b) Bases pirimidínicas → Aspartato.

a) Síntesis de novo de ribonucleótidos de purina● El nucleótido de purina se construye adicionando átomos de carbono al azúcar (ribosa).

● Contienen las bases púricas adenina y guanina.

Origen de los átomos del anillo de purina

● N-1 → Procede del grupo amino del aspartato.

● C-2 y C-8 → Procede del formato o N formil-THF (ceden sus C-1).

● N-3 y N-9 → Proceden del nitrógeno amida de la glutamina.

● C-4, C-5 y N-7 → Proceden de la glicina.

● C-6 → Procede del CO2 en forma de HCO

3-.

Recuerda Las bases púricas están constituidas por 2 anillos, tienen 5 C y 4 N.




237


● La síntesis de novo consta de 2 partes:

- Una parte común, donde a partir del PRPP se forma el ribonucleótido intermediario IMP.

- Una parte ramicada, en la que a partir del IMP se obtienen los nucleótidos AMP y GMP.

● Parte común:

1) Síntesis de PRPP por acción de la PRPP sintetasa con consumo de ATP:

2) A continuación se suceden 10 reacciones enzimáticas en las que se incorporan distintos átomos hastaoriginar el primer intermediario con un anillo purínico completo: IMP. Participan:

- N-formil-THF: donador de átomos de carbono.

- Glicina (primer aminoácido precursor), glutamina y aspartato.

- Se necesitan 6 moléculas de ATP.

Durante este conjunto de reacciones tiene lugar una reacción especial: una carboxilación en la formacióndel segundo anillo de purina, que tiene como particularidad que es independiente de biotina.

3) El IMP es el precursor del AMP y del GMP en 2 rutas diferentes:

- IMP → AMP (adenilato o adenosina 5´-monofosfato). IMP deshidrogenasa y GMP sintetasa.

- IMP → GMP (guanilato o guanosina 5´-monofosfato). Adenilosuccinato sintetasa y adenilosuccinato

liasa.

Recuerda Lo derivados di y tri fosfato se generan con posterioridad mediante la acción dequinasas especícas.

Biosíntesis de AMP y GMP




238

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b) Síntesis de novo de ribonucleótidos de pirimidina● Contienen las bases nitrogenadas citosina y uracilo.

● Primero se sintetiza el anillo de pirimidina en forma de ácido orótico u oroato y sobre éste se añade elazúcar ribosa-5-P.

● Las bases pirimidínicas constan de un único anillo de 6 C → Se requiere para su formación PRPP,aspartato y carbamil-P.

Para la síntesis de carbamil-P en el citosol se requiere de otra enzima citosólica denominadacarbamil-P sintetasa II (no confundir con la forma mitocondrial de la enzima que participa enel ciclo de la urea).

●El paso limitante de la ruta biosintética es la primera reacción catalizada por la aspartato transcarbamilasa donde el aspartato reacciona con el carbamil-P para originar el N-carbamil aspartato.

● Después se forma el oroato y se añade la ribosa 5-P para formar el orotidilato (OMP), que pordescarboxilación forma UMP (complejo UMP sintasa). A partir del UMP se sintetiza el UTP por fosforilación.El UTP se transforma en CTP por acción de la citidilato sintetasa que consume ATP.

● Las 3 primeras reacciones de la vía están catalizadas por 3 enzimas que forman parte de un complejo

multienzimático denominado CAD.

Biosíntesis de novo de bases pirimidínicas

c) Síntesis de novo de desoxirribonucleótidos

● Se diferencian de los ribonucleótidos en la base nitrogenada, tienen timina en vez de uracilo, y en elazúcar, tienen desoxirribosa en vez de ribosa.

● Los desoxirribonucleótidos se originan a partir de los ribonucleótidos, por reducción sobre el C-2 → Sustitución del hidroxilo del C-2 por un ión hidruro.

Ojo




239


● Enzima responsable: ribonucleótido reductasa, que utiliza como sustratos los ribonucleósidosdifosfato. Es una proteína tetramérica α

2β

2→ Su lugar catalítico contiene residuos de cisteína.

● Esta enzima presenta 2 mecanismos de acción utilizando los cofactores proteicos tiorredoxina oglutarredoxina:

- Tiorredoxina: los electrones para la reducción de los ribonucleótidos proceden del NADPH; éstosson transportados a la ribonucleótido reductasa por la tiorredoxina, cuyos grupos sulfhidrilo se oxidana puentes disulfuro. La tiorredoxina se vuelve a reducir con NADPH por la tiorredoxina reductasa. Latiorredoxina reducida es utilizada por la ribonucleótido reductasa para reducir los ribonucléosidos difosfatoa desoxirribonucleósidos difosfato.

- Glutarredoxina: el glutatión tiene la capacidad de reducir la glutarredoxina, la cual transere el poderreductor a la ribonucleótido reductasa.

Mecanismo de acción de la ribonucleótido reductasa

● Todos los desoxirribonucleótidos se originan así excepto el dTMP, que se origina a partir del dUMP.

● La reacción de conversión de dUMP a dTMP está catalizada por la TIMIDILATO SINTASA, que utilizael N5,N10-metilentetrahidrofolato como donador de una unidad de carbono y un par de electrones parametilar el dUMP. En esta reacción el tetrahidrofolato se oxida a dihidrofolato.

● La regeneración del N5, N10- metilentetrahidrofolato tiene lugar por acción de las enzimas dihidrofolatoreductasa y serina hidroximetiltransferasa.

● El dTMP se convierte en dTTP mediante fosforilaciones sucesivas.

Recuerda Inhibición por fármacos de la timidilato sintasa y la dihidrofolato reductasa:- El 5-uorouracilo y su desoxirribonucleósido la 5-uorodesoxiuridina son fár -macos anticancerosos que cuando penetran en la célula se transforman en 5-uo-rodesoxiuridina monofosfato (FdUMP), un análogo del dUMP que actúa como in-hibidor irreversible de la timidilato sintasa → Son inhibidores suicidas.

- El metotrexato y la aminopterina son análogos estructurales del folato y actúancomo inhibidores competitivos. Se unen a la enzima dihidrofolato reductasa conuna anidad 100 veces superior a la del dihidrofolato y la inhiben. El metotrexatoinhibe la síntesis de bases púricas y pirimidínicas.

- El trimetroprim es un antibiótico análogo del dihidrofolato que se une a la dihidro-folato reductasa.




240

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Biosíntesis de dTMP

2. VÍAS DE RECUPERACIÓN

● Son rutas más sencillas que las de “novo” que permiten reciclar bases nitrogenadas originadas enel catabolismo de los ácidos nucleicos y sintetizar nucleótidos. Estas bases nitrogenadas puedencatabolizarse a ácido úrico también.

● Algunas células como los linfocitos utilizan estas vías de recuperación como fuente principal denucleótidos.

● Se regeneran los ribonucleósidos monofosfato a partir de la base nitrogenada y el PRPP en reaccionescatalizadas por fosforribosiltransferasas .

● Ejemplo de recuperación de bases púricas:

- Adenina + PRPP → AMP + PPi. Adenosina fosforribosiltransferasa

- Guanina + PRPP → GMP + PPi Hipoxantina-guanina-fosforribosiltransferasa- Hipoxantina + PRPP → IMP + PPi

Recuerda La hipoxantina es producto de la desaminación del adenilato (AMP → Adenosina→ IMP → Hipoxantina).

● Algunos parásitos como los tripanosomas africanos carecen de ruta para la biosíntesis de novo denucleótidos y son sensibles a agentes que intereran con las rutas de recuperación.

3. REGULACIÓN DE LA BIOSÍNTESIS DE NUCLEÓTIDOS

a) Biosíntesis de novo de los nucleótidos de purina

Biosíntesis de PRPP. Ribosa fosfato pirofosfoquinasa o PRPP sintetasa.

● Enzima alostérica que cataliza la síntesis de PRPP a partir de ribosa 5-P + ATP.● Inhibida por: GDP y ADP.




241


Primera enzima de la reacción a partir de PRPP. Glutamina-PRPP-amidotransferasa

● Enzima alostérica que cataliza el paso de PRPP a 5-fosforribosilamina.

● Inhibida por producto nal: IMP, AMP y GMP (también por ADP y GDP).

Recuerda Los antibióticos azaserina, 6-diazo-5-oxonorleucina y acivicina actúan comoinhibidores irreversibles de la glutamina-PRPP-amidotransferasa. Son inhibidores

suicidas.

Primera enzima en la síntesis de GMP a partir de IMP. IMP deshidrogenasa

● Enzima que cataliza el paso de IMP a XMP.

● Inhibida por producto nal: GMP.

Primera enzima en la síntesis de AMP a partir de IMP . Adenilsuccinato sintetasa

● Enzima que cataliza el paso de IMP a adenilsuccinato con consumo de GTP.

● Inhibida por producto nal: AMP.

b) Biosíntesis de novo de los nucleótidos de pirimidina

Biosíntesis de carbamil-P. Carbamil-P sintetasa II ● Enzima que cataliza la síntesis de carbamil-P a partir de Gln + ATP + CO

2.

● Inhibida por: UTP.

● Activada por: PRPP.

Primera reacción de la biosíntesis de CTP y UTP . Aspartato transcarbamilasa

● Enzima que forma N-carbamil aspartato a partir de carbamil-fosfato + aspartato.

● Inhibida por producto nal: CTP. Este efecto es revertido por el ATP.

Regulación de la biosíntesis de nucleótidos de purina




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c) Biosíntesis de novo de desoxirribonucleótidos

R egulación de la ribonucleótido reductasa● La regulación es llevada a cabo sobre su actividad y su especicidad de sustrato.

● Esta regulación se lleva a cabo mediante la unión de las moléculas efectoras a 2 tipos de sitios en lasubunidad R1:

- Lugares de actividad: Se activan por ATP y se inhiben por dATP.

- Lugares de especicidad de sustrato: Ej.

1. dTTP → Activa la reducción del GDP e inhibe la de UDP o CDP

2. dGTP → Activa la reducción de ADP e inhibe la de UDP o CDP

REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD DE LA RIBONUCLEÓTIDO REDUCTASA

LUGAR LUGAR ACTIVA INHIBE LA DE ACTIVIDAD DE ESPECIFICIDAD LA REDUCCIÓN DE REDUCCIÓN DE

ATP ATP o dATP CDP, UDP

ATP dTTP GDP CDP, UDP

ATP dGTP ADP CDP, UDP dATP Cualquier efector ADP, GDP, CDP y UDP

Recuerda La desoxiadenosina es un inhibidor de la ribonucleótido reductasa e inhibe lasíntesis de desoxirribonucleótidos.

4. INTERCONVERSIÓN DE NUCLEÓSIDOS MONOFOSFATO EN NUCLEÓSIDOSTRIFOSFATO

● ATP + AMP → 2 ADP. Adenilato quinasa.● El ATP también participa en la formación de otros nucleósidos difosfato mediante la acción de unasenzimas llamadas nucleósido monofosfato quinasas. Presentan especícidad de base pero no deazúcar. La reacción es reversible.

ATP + NMP → ADP + NDP

● La síntesis de nucleósidos trifosfato a partir de nucleósidos difosfato está catalizada por la nucleósidodisfosfato quinasa:

No presenta especicidad ni de base ni de azúcar . La reacción es reversible.

NTP + NDP → NDP + NTP

CATABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS● Los ácidos nucleicos degradados proceden de 2 fuentes:

- Intracelular → Recambio de RNAm inestables, rutas de reparación del DNA o muerte celular.

- Extracelular → Digestión de los ácidos nucleicos ingeridos con la dieta. Vía principal.

● Los ácidos nucleicos ingeridos:

- Son degradados en el duodeno por la acción de endonucleasas pancreáticas y fosfodiesterasasintestinales originando nucleótidos. Por acción de nucleotidasas son hidrolizados a nucleósidos liberandoel fosfato.

- Los nucleósidos son absorbidos por la mucosa intestinal y se degradan a bases nitrogenadas libres yribosa por acción de las nucleósidos fosforilasas, que rompen el enlace glucosídico.

- Unas pocas bases son incorporadas a nucleótidos; el resto se degradan a ácido úrico o β-alanina y otroscompuestos que se excretan por la orina.




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1. CATABOLISMO DE BASES PÚRICAS

Catabolismo de las bases púricas

● El catabolismo del AMP y del GMP rinde ácido úrico como producto nal, que se excreta por la orina.

a) Catabolismo del AMP● 5´-nucleotidasa → Elimina el grupo fosfato del AMP para originar adenosina.

● Adenosina desaminasa (ADA) → Desamina la adenosina para originar inosina.

● Purina nucleósido fosforilasa o nucleosidasa → La inosina se hidroliza a hipoxantina y D-ribosa.

● Xantina oxidasa o xantina deshidrogenasa → Oxida la hipoxantina a xantina y la xantina a ácidoúrico. Es una avoproteína que contiene FAD, molibdeno y cuatro centros ferrosulfurados. El aceptor nal

de electrones es el O2 que se reduce a H2O2, sobre el que actúa la enzima catalasa descomponiéndolo enH2O y O

2.

Recuerda La pentostatina es un análogo de purina que inhibe la enzima adenosinadesaminasa ya que su estructura imita el estado de transición de la reaccióncatalizada por la enzima. Se utiliza en el tratamiento de la leucemia de célulaspeludas entre otras.

b) Catabolismo del GMP● 5´-nucleotidasa → Elimina el grupo fosfato del GMP para originar guanosina.

● Purina nucleósido fosforilasa o nucleosidasa → Origina guanina libre.

● Guanina desaminasa → Desaminación de la guanina para dar xantina.

● Xantina oxidasa → Oxida la xantina a ácido úrico.

Por tanto, el catabolismo de las bases púricas origina:

- En los primates, aves, reptiles e insectos → Ácido úrico.

- La mayor parte de los mamíferos oxidan el ácido úrico a alantoína por la acción de la urato oxidasa.

- En los peces teleósteos la alantoína se oxida a ácido alantoico, que se excreta.

- En la mayoría de los peces se cataboliza el ácido alantoico a urea.

- Finalmente algunos invertebrados marinos oxidan la urea a amonio y CO2.

2. CATABOLISMO DE BASES PIRIMIDÍNICAS

● La timina origina β-aminoisobutirato → Metilmalonil semialdehído → Metilmalonil-CoA → Succinil-CoA.● El uracilo y la citosina → β-alanina + NH

4+ → Malonato → Malonil-CoA.




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12. ALTERACIONES DEL METABOLISMO DENUCLEÓTIDOSDEFINICIONES DE HIPERURICEMIA Y GOTA

1. HIPERURICEMIA● Es el aumento de la concentración de ácido úrico en sangre. Las causas de hiperuricemia pueden ser la hiperproducción o la disminución de la excreción renal. Ej. Insuciencia renal. La hiperuricemia puedeaparecer en pacientes con una alteración en el catabolismo de las purinas o en pacientes con cáncer.También aparece en pacientes con cetoacidosis diabética porque los cetoácidos compiten con el ácidoúrico por la excreción tubular. Todos los pacientes con gota presentan en algún momento hiperuricemia.

2. GOTA

● Es una enfermedad debida al depósito de urato monosódico y cristales de ácido úrico en los tejidos,especialmente en las articulaciones, originando la artritis gotosa aguda. La gota se puede deber a unexceso de purinas con la alimentación o a alteraciones genéticas.

La gota se trata con el fármaco alopurinol, análogo estructural de la hipoxantina que inhibela enzima xantina oxidasa, inhibiendo la transformación de las purinas en ácido úrico. Elalopurinol es transformado por la xantina oxidasa en oxipurinol (aloxantina) que permanecefuertemente unido al sitio activo de la enzima, inactivándola.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE PURINAS

1. SÍNDROME DE LESCH-NYHAN

● Enfermedad ligada al cromosoma X que se debe a mutaciones en el gen que codica para la hipoxantina-guanina-fosforribosiltransferasa (HGPRT), enzima que participa en la ruta de recuperación de basespúricas.

● Origina una forma de gota debido a que en ausencia de la enzima HGPRT aumentan los niveles dePRPP, lo que conduce a un incremento de la síntesis de novo de purinas, mayor catabolismo y aumentode los niveles de ácido úrico.

● Otros síntomas asociados: niños con retraso mental, tendencia a la automutilación.

2. SOBREPRODUCCIÓN DE FOSFORRIBOSILPIROFOSFATO SINTETASA

● Enfermedad ligada al cromosoma X que también se asocia con una sobreproducción de ácido úrico y

gota.

3. XANTINURIA HEREDITARIA

● Es una enfermedad autosómica recesiva que se debe al décit hereditario de la xantina oxidasa oxantina deshidrogenasa. Esta enzima cataliza la degradación de la hipoxantina y la xantina a ácido úrico.

● Se caracteriza por una concentración muy baja o indetectable de ácido úrico en sangre y en orina y por un exceso de xantina en orina, lo que provoca urolitiasis.

4. DEFICIENCIA DE PURINA NUCLEÓSIDO FOSFORILASA

● Es una enfermedad autosómica recesiva que se debe al décit de la enzima purina nucleósido fosforilasa.Esta enzima cataliza la conversión de inosina y guanosina en hipoxantina y guanina, respectivamente.

Recuerda




245


● Se produce un fallo en el catabolismo de estos nucleósidos o desoxinucleósidos y por tanto, seacumulan en los líquidos corporales provocando una disminución intensa en la producción de linfocitosT favoreciendo la aparición de infecciones. La enfermedad no afecta a la producción de linfocitos B einmunoglobulinas.

● Se asocia con una disminución de ácido úrico en plasma.

5. DEFICIENCIA DE ADENOSINA DESAMINASA

● Es una enfermedad autosómica recesiva que se debe a mutaciones en el gen que codica para laadenosina desaminasa, enzima que cataliza la desaminación de la adenosina a inosina.

● Es una de las causas del síndrome de inmunodeciencia combinada severa (SCID).

● La adenosina desaminasa también actúa sobre la desoxiadenosina producto del catabolismo del DNA yesta desoxiadenosina en los glóbulos blancos es transformada en dATP, que es un potente inhibidor de laenzima ribonucleótido reductasa por lo que se inhibe la síntesis del DNA.

● Se produce un décit en la proliferación tanto de linfocitos B como de linfocitos T → Inmunidad celular yhumoral defectuosas → Infecciones crónicas recurrentes por virus, hongos, protozoos y bacterias.

ALTERACIONES DEL METABOLISMO DE PIRIMIDINAS1. ACIDURIA ORÓTICA HEREDITARIA

● Es una enfermedad muy rara autosómica recesiva en la que se produce un defecto en la síntesis de novode nucleótidos de pirimidina.

●Se debe a un defecto en 1 o en las 2 actividades (oroato fosforribosil transferasa y orotidina descarboxilasa)de la proteína bifuncional UMP sintasa.

● Se produce una acumulación de ácido orótico, que se excreta en gran cantidad.

● Síntomas: anemia megaloblástica, retraso del desarrollo y del crecimiento, y debilidad esquelética.






247


b) Orden de extracción de los tubos● Tubos estériles para cultivos → Tubos sin anticoagulante → Tubos de citrato para coagulación → Tuboscon gel separador/Tubos con heparina → Tubos con EDTA.

c) Tipos de punción

Punción venosa

● Se suele llevar a cabo en la vena mediana cubital debido a su grosor, y también en la vena cefálica.

Punción arterial

● Son más complicadas que las venosas debido a la mayor presión sanguínea de las arterias.

● Se suele llevar a cabo en la arteria radial del brazo o en la femoral principalmente.

● Se realizan con jeringas de vidrio heparinizadas. La heparina de litio es el anticoagulante utilizado.

Punción cutánea

● Es especialmente importante en niños, ancianos, pacientes obesos y diabéticos.

● En los niños se realiza en el talón y en los adultos en el dedo pulgar.

● La elección de sangre capilar frente a la venosa no suele presentar diferencias clínicas relevantes,aunque es un aspecto a tener en cuenta en la interpretación del resultado. Ej. La concentración capilar deglucosa es del 10-30% superior a la venosa.

2. PROCESAMIENTO DE LAS MUESTRAS

a) Determinaciones bioquímicas. Suero o plasma.

● Si no se ha añadido anticoagulante → Antes de centrifugar se espera entre 20-40 minutos a que la sangrecoagule (obtención de suero).

● Si no se va a realizar el análisis el mismo día → Almacenar a 4ºC o congelar a -20ºC.

b) Determinación de pH y gases● Colocar en hielo y llevar rápidamente al laboratorio.

ORINA

1. OBTENCIÓN DE LAS MUESTRAS

● Es importante que la recogida de la orina se efectúe adecuadamente, ya que condiciona los resultadosobtenidos.

a) Contenedores● Limpios y secos (y en determinados casos, han de ser estériles).

● Los contenedores para el análisis sistemático presentan tapón de rosca, boca ancha y redonda y una

capacidad entre 50-100 mL.● Están elaborados con material transparente que permita ver el interior (excepto para la determinación desustancias fotosensibles en cuyo caso deben ser opacos). Ej. Bilirrubina, urobilinógeno, catecolaminas,porrinas.

● Para la recogida de orina de 24 horas el volumen de los recipientes ha de ser entre 2-5 L.

b) Tipos de muestras de orina● Orina de una micción → Cualquier hora del día. Se utiliza para análisis cualitativos, análisis sistemáticode la orina. El recipiente utilizado para su procesamiento en el laboratorio es un tubo cónico con unacapacidad de 10-12 mL.

● Orina de primera hora de la mañana → Está indicada para estudiar la proteinuria y la capacidad deconcentración del riñón. Es la forma de recogida para pacientes ambulatorios que acuden a revisión.




248

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● Orina fraccionada → Utilidad en pacientes diabéticos. En 3 muestras/día se determina la glucosuria y lacetonuria.

● Orina de 24 horas → Se desecha la orina de primera hora de la mañana y se recoge toda la orina durante24 horas. Se utiliza para determinaciones cuantitativas metabólicas como el aclaramiento de creatinina.

● Orina de media micción para cultivo microbiológico → Se desechan la primera y última porción de lamicción. Precisa condiciones de recogida más higiénicas que las anteriores.

c) Conservantes adicionados a los contenedores● La orina debe analizarse en los 30 minutos siguientes a su recogida para evitar las alteraciones ensu composición y el crecimiento de bacterias. Si no es posible, se recomienda refrigerar la muestra. Seconserva bien entre 6-8 horas.

● En algunos casos se pueden adicionar conservantes:

TIPOS DE CONSERVANTES PARA LAS MUESTRAS DE ORINA

CONSERVANTE CARACTERÍSTICAS

► Disolvente orgánico que forma una capa sobre la

muestra que la protege del aire e inhibe el crecimiento

bacteriano

► Fija los elementos formes del sedimento urinario,

conservándolos

► Interere en la determinación de glucosa

► Impide el crecimiento bacteriano

► Produce falsos positivos en algunas determinaciones

► Forma una película que evita la pérdida de CO2 en las

pruebas de acidicación

► Impide el crecimiento bacteriano► Acidica la orina en determinación de catecolaminas,

metanefrinas y ácido vanililmandélico

► Destruye los elementos formes

► Acidica la orina en determinación de ácido

5- hidroxiindolacético y el ácido-δ-aminolevulínico

► Alcaliniza la orina en determinaciones de porrinas

Tolueno

Formaldehído o formol

Timol

Aceite de parana

Ácido bórico

Ácido clorhídrico

Ácido acético glacial

Carbonato sódico

d) Extracción de la muestra● Micción espontánea.

● Cateterismo vesical (sondaje) → Personas que presentan dicultades en la micción.

● Punción suprapúbica → En niños, cuando se sospecha de la presencia de microorganismos extraños ocuando la muestra disponible no reúne las condiciones óptimas para ser analizada.


● Las muestras de orina para análisis sistemático no requieren procesamiento.

● Para realizar el estudio del sedimento urinario es necesario centrifugar antes la orina.

● En la muestra de orina de 24 horas es importante medir el volumen, mezclar la muestra y separarla en

alícuotas.




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LÍQUIDO CEFALORRAQUIDEO

1. OBTENCIÓN DE LAS MUESTRAS

● Se obtiene mediante punción lumbar entre la 3ª y la 4ª o entre la 4ª y la 5ª vértebra lumbar.

● El paciente se debe colocar en posición fetal girado hacia un lado.

● Durante la extracción se comprueba la presión de salida del líquido cefalorraquídeo → 70-200 mm deH2O.

● Volumen normal obtenido → 7-15 mL, que se recogen en 3 tubos estériles (1-3 mL /tubo).

● En caso de punción hemorrágica solo el primer recipiente presenta una coloración rojiza, pero en casode que ya existiera una hemorragia antigua los 3 recipientes estarán hemáticos.


● Los tres tubos (y citados en orden de extracción) se utilizan para:

- Estudio citológico (sedimento) /estudios bioquímicos (sobrenadante).

- Estudio microbiológico.

- Estudio inmunológico.● Es muy importante llevar la muestra al laboratorio con la mayor brevedad posible.

SEMEN

1. OBTENCIÓN DE LA MUESTRA

● Es necesario guardar abstinencia sexual entre 2-7 días antes de la obtención de la muestra.

● Se obtiene por masturbación y se recoge en un recipiente limpio de plástico con boca ancha, que nocontenga ninguna sustancia que pueda tener efectos tóxicos sobre los espermatozoides.

● No debe utilizarse preservativo para recoger la muestra ya que contiene espermicidas.

● Es importante no perder la primera porción del eyaculado, que es la que mayor concentraciónespermática tiene.

● El semen debe ser llevado rápidamente al laboratorio tras su obtención y ser analizado al cabo de unahora.


● Una vez en el laboratorio se realizan los siguientes análisis:

- Físico: observación del aspecto macroscópico y medición del volumen con un tubo graduado.

- Microscópico: se determina la concentración y motilidad espermática por observación microscópica conla cámara de Makler. También se realiza el test de vitalidad de los espermatozoides inmóviles tiñéndolos

con eosina (si están muertos la eosina atraviesa la membrana plasmática dañada del espermatozoide yse tiñen de color rosa).

- Bioquímico: fosfatasa ácida, ácido cítrico, fructosa,…




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2. FASE ANALÍTICA

ANÁLISIS DE SANGRE

1. PRUEBAS BIOQUÍMICAS EN SANGRE

a) Métodos de determinación de proteínas● La suma de las concentraciones de todas las proteínas presentes en el plasma se conoce como proteínastotales y en condiciones normales, su valor oscila entre los 6-8 g/dL.

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE PROTEÍNAS TOTALES EN PLASMA

MÉTODO CARACTERÍSTICAS

► Método químico colorimétrico que se basa en la

formación de un complejo coloreado en presencia de

cobre y sales, en medio básico

► La intensidad del color es proporcional al número de

enlaces peptídicos► Automatización. Es el más utilizado

► Método colorimétrico

► Poco utilizado (más en orina)

► Gran sensibilidad, pero poca especicidad

► Determinación del índice de refracción de una muestra

que varía con la concentración proteica

► Bastante utilizado

► Gran sensibilidad y exactitud, aunque sujeto a

interferencias (hemólisis)

► Los enlaces peptídicos absorben a 280 nm► Sensible y preciso

► Determinación del nitrógeno proteico

Biuret

Lowry

Métodos refractométricos

Absorción en el UV

Kjeldahl

● Para la determinación de la albúmina se utiliza el colorante verde de bromocresol que se ja a laalbúmina.

● Otras determinaciones proteicas:

- Determinación de las fracciones proteicas: electroforesis en acetato de celulosa, inmunoelectroforesis(mayor sensibilidad y especicidad) e inmunodifusión radial (utilizado en inmunología).

- Cuantificación de proteínas específicas: se realiza utilizando técnicas de inmunonefelometría o

inmunoturbidimetría principalmente.

b) Métodos de determinación de compuestos nitrogenados no proteicos

Determinación de urea

● La urea se sintetiza en el hígado y es el producto final del catabolismo de las proteínas y de losaminoácidos. Es la principal forma de excreción del amoniaco.

● Se ltra libremente en el glomérulo y se reabsorbe en un 40-50% de forma pasiva en los túbulos.

● La reabsorción tubular es función del ujo renal → La cifra de urea sanguínea aumenta cuando haydisminución del ujo sanguíneo (uremia prerrenal: deshidratación, shock hipovolémico) o en disfunciónrenal (insuciencia renal).

● Los niveles de urea plasmática varían en función de la edad y el sexo aunque oscilan normalmente entre12-54 mg/dL.




251


● Sus niveles se ven inuidos por:

- Grado de ingesta proteica.

- Nivel de catabolismo proteico (incrementado en situaciones de ebre y estrés).

- Productividad hepática.

● La urea también puede venir expresada como cantidad de nitrógeno ureico en sangre (BUN). Procededel hecho de que tradicionalmente la urea se determinaba a partir del nitrógeno contenido en el amoniaco,

formado por acción de la ureasa.

Urea (mg) = Nitrógeno ureico (BUN) x 2,14

● Otro método de determinación de la urea tanto en sangre como en orina es el método de Berthelot-Searcy: método colorimétrico basado también en la acción de la ureasa.

Urea + H2O → CO

2 + 2NH

3(ENZIMA UREASA).

2NH3+ Salicilato + Hipoclorito → Derivado indofenólico (color)

Determinación de ácido úrico

● Es el producto nal del catabolismo de las purinas. Se sintetiza principalmente en el hígado y en lamucosa intestinal.

● Se ltra en el glomérulo y se reabsorbe en un 90-95% en el túbulo proximal, el resto es eliminado víahepática.

● Utilidad clínica: valores aumentados en síndrome de Lesch-Nyhan, insuciencia renal, procesosregenerativos con destrucción celular (neoplasias y leucemias), uso de diuréticos y dieta rica en purinas.

- Niveles de referencia: 3-7 mg/dL (aunque varía con el sexo y con la edad).

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE ÁCIDO ÚRICO EN SANGRE


Ácido fosfotúngstico

Uricasa

HPLC

► Oxidación del ácido úrico en medio alcalino por el ácido

fosfotúngstico, que se reduce a azul de tungsteno. Colorimé-

trico a 700nm

► Método colorimétrico que implica la oxidación del ácido úrico

a alantoína por la enzima peroxidasa

► Medida de la absorbancia a 570 nm

► Muy utilizado

Determinación de creatinina

● La creatinina es el anhídrido de la creatina.

● Proceso de síntesis: la creatina da fosfocreatina por acción de la creatina quinasa muscular. Lafosfocreatina se transforma en creatinina en una reacción espontánea e irreversible.

● El ritmo de síntesis de creatinina es constante.

● Los niveles de creatinina están directamente relacionados con la masa muscular y no se modican ni

con el ejercicio, ni con las variaciones del catabolismo y es independiente del aporte dietético.

● La creatinina excretada es ltrada en su mayoría en el glomérulo y solo una pequeña porción es secretadaen los túbulos. Se elimina mayoritariamente por vía renal y en una pequeña cantidad con las heces → Buen

indicador de función renal, especialmente de función glomerular .

● Aclaramiento de creatinina → Es el volumen de plasma liberado de una sustancia determinada por el

riñón por unidad de tiempo (en este caso, la creatinina).




252

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● Método de determinación: reacción de Jaffé → Reacción de la creatinina en medio alcalino con elácido pícrico, formando un complejo coloreado (color rojo). Puede ser un método cinético o a punto nal.Se mide la absorbancia a 505 nm.

c) Métodos de determinación de hidratos de carbono

Determinación de glucosa

● Las pruebas más importantes en el diagnóstico de la diabetes son:- Glucosuria → Es necesario glucemia superior al umbral renal (160 -180 mg/dL).

- Glucemia plasmática en ayunas → Valores ≥126 mg/dL son indicativos de diabetes mellitus. Los valorescomprendidos entre 110-120 mg/dL son dudosos.

- Glucemia postprandial → Se determina los niveles de glucosa en una muestra de sangre obtenida 2horas después de haber ingerido una dosis conocida (75-100 mg) de glucosa. Es más sensible que laglucemia en ayunas.

- Pruebas de tolerancia a la glucosa → Se realiza en casos dudosos tras determinación de glucemia enayunas y postprandial.

1. Prueba de sobrecarga oral de glucosa:

- El paciente ha de seguir una dieta rica en hidratos de carbono durante los 3 días anteriores.- La prueba se realiza por la mañana.- Se determina la glucemia previamente a la realización de la prueba; después se administra una dosisde glucosa (75 g) y se determina la glucemia cada 30 minutos hasta un total de 2 horas tras la ingestión.- Se obtiene una curva de concentración de glucosa frente al tiempo transcurrido.- La glucemia a las 2 horas debe ser <200mg/dL.

2. Prueba de sobrecarga intravenosa de glucosa.

- Para personas con problemas gastrointestinales.

Otras determinaciones

Hemoglobina glucosilada

● Es la fracción denominada A1c (unida de forma irreversible, mediante enlaces covalentes a la glucosa).● Su presencia es proporcional a los niveles de glucosa en sangre y nos permite conocer los valores deglucemia de un paciente durante los tres meses previos a la determinación (ya que la vida media de la Hbson 120 días). Control del paciente diabético.

● Utilidad clínica: seguimiento de la diabetes (no es útil para el diagnóstico).

● Se determina mediante HPLC (Cromatografía Líquida de Alta Resolución).

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE LA GLUCOSA PLASMÁTICA


► Es un método colorimétrico

► En desuso

► La glucosa en medio básico se oxida a ácido glucónico yreduce el ión cúprico a cuproso

► Se forma un complejo de color rojo

► Método polarográco: medida del consumo de O2.La cantidad de glucosa de la muestra es directamenteproporcional a la cantidad de O2 consumido

► Determinación del H2O

2 formado por acción de una peroxidasa

► Es el MÉTODO DE REFERENCIA► Se mide el incremento de absorbancia a 340 nm (NADPH),

que es directamente proporcional a la cantidad de glucosa

de la muestra

Método de la orto-toluidina

(Basado en el poder reductorde la glucosa)

Método de reducción del cobre/Benedict(Basado en el poder reductor de laglucosa)

Método de la glucosa oxidasa(Método enzimático)

Método de la hexoquinasa(Método enzimático)




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d) Métodos de determinación de lípidos y lipoproteínas

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE LÍPIDOS Y LIPOPROTEÍNAS

LÍPIDO/LIPOPROTEÍNA MÉTODO

► Análisis enzimáticos

► Colesterol HDL: se determina tras la precipitación

del resto de lipoproteínas (que contienen apo B) con

reactivos policatiónicos. El colesterol HDL se determina

en el sobrenadante por métodos enzimáticos

► Colesterol LDL: Fórmula de Friedewald. No aplicablepara cifras de TG >400 mg/dL

► Col LDL = Col Total – (TG/5 + Col HDL)

► El colesterol asociado a las VLDL equivale a una quinta

parte de los TG que transportan

► Quilomicrones: aspecto lechoso y opalescente

Se conrma dejando la muestra a 4ºC toda la noche → Capa cremosa otante

► Ultracentrifugación y posterior precipitación

► Ultracentrifugación secuencial o en gradiente de densidad

► Electroforesis

Colesterol y TG totales

Análisis del lipoproteínas

Estudios de las fraccioneslipoprotéicas

Recuerda Estas determinaciones requieren un ayuno mínimo de 12 horas y mantener el es-

tilo de vida habitual durante las 2-3 semanas previas al análisis (tipos de dieta es-pecialmente).

e) Otras determinaciones bioquímicas de laboratorio

Bilirrubina

● La bilirrubina procede, en su mayor parte, de la degradación del grupo hemo de la hemoglobina de loseritrocitos que tiene lugar en las células del sistema reticuloendotelial (bazo, hígado y ganglios linfáticos).La parte restante procede del catabolismo de otras hemoproteínas (citocromos, catalasa, mioglobina, …).

- La degradación del grupo hemo forma biliverdina, que se transforma en bilirrubina → Bilirrubina no

conjugada (indirecta).- En el hígado, la bilirrubina no conjugada se conjuga con ácido glucurónico para dar lugar a la bilirrubinaconjugada (directa).

- La concentración normal de bilirrubina en plasma varía entre 0,3-1 mg/dL. Por encima de 2,5 mg/dLaparece ictericia.

- La ictericia es la coloración amarillenta de los tejidos corporales debido a la elevación anormal de losniveles de bilirrubina en sangre. En el recién nacido existe una ictericia siológica debido a que, por lainmadurez del hígado, no es capaz de conjugarla.




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CLASES DE ICTERICIA

TIPOS DE ICTERICIA CARACTERÍSTICAS

► Aumenta la bilirrubina no conjugada

► Orina no colúrica (no bilis)

► Urobilinógeno en orina elevado

► Heces pleiocrómicas (aumento de color)

► Datos de hemólisis: anemia, reticulocitosis, aumento

de LDH y descenso de haptoglobina

► Aumenta tanto la bilirrubina conjugada como la noconjugada

► Coluria y bilirrubinuria

► Urobilinógeno en orina variable

► Heces normales o hipocólicas

► Se debe a la incapacidad de los hepatocitos para captar,

conjugar y eliminar la bilirrubina

► Aumento de la bilirrubina conjugada► Coluria y bilirrubinuria

► Urobilinógeno disminuido en orina

► Heces hipocólicas o acólicas

ICTERICIAPREHEPÁTICA

O HEMOLÍTICA

ICTERICIAHEPÁTICA OHEPATOCELULAR

ICTERICIAPOSTHEPÁTICAO OBSTRUCTIVA

Recuerda Existe un tipo de bilirrubina que se llama bilirrubina δ (delta), que consiste en launión de la bilirrubina mediante enlace covalente con la albúmina.

Método de determinación de la bilirrubina en sangre● La determinación se basa en una reacción de diazotación en la que la bilirrubina reacciona con la sal

de diazonio para dar azobilirrubina. Es un método espectrofométrico a punto nal. Un tipo de reacción dediazotación es el método de Jendrassik-Grof → Se trata la muestra previamente con benzoato-cafeína para volver soluble a la bilirrubina no conjugada y así determinar el valor total de la bilirrubina.

Péptido C

● Se origina a partir de la proinsulina, que origina insulina y péptido C en cantidades equimoleculares, y sonliberados a la circulación.

● Utilidad clínica: determinar el grado de funcionalidad pancreática. Se utiliza para conocer el origenendógeno o exógeno de la insulina presente. Si existe elevación endógena de insulina, el péptido C estáelevado. Ej. Insulinomas.

2. PRUEBAS DE DETERMINACIÓN DE GASES

● El análisis de gases se suele realizar con el n de evaluar el estado ácido-base o de oxigenaciónrespiratoria del paciente.

● La muestra utilizada suele ser sangre arterial en jeringa heparinizada con heparina de litio.

● El pH se determina mediante un electrodo ión selectivo → Electrodo de vidrio que contiene el electrodode referencia y el indicador en uno solo. Técnica potenciométrica.

● La pCO2se determina mediante el electrodo de Severinghaus (electrodo selectivo para iones

modicado) → Técnica potenciométrica.

● El pO2se determina mediante el electrodo de Clark → Técnica amperométrica.

- Potenciometría → Se basa en la medida del potencial eléctrico entre los 2 electrodos de una

célula electroquímica.- Amperometría → Se basa en la medida de la intensidad de la corriente que pasa por una célulaelectroquímica cuando se aplica un potencial constante entre los electrodos.

Recuerda




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● El resto de parámetros sanguíneos del estado ácido-base no son medibles, pero se pueden calcular. Ej.HCO

3-, CO

2 total, saturación de oxígeno, exceso de base, …

● En la muestra de gases sanguíneos se puede determinar el ANIÓN GAP o HIATO ANIÓNICO → Sebasa en el principio de electroneutralidad mediante el cual el número de cationes debe ser igual al númerode aniones. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

GAP = [Na+] – ([Cl-] + [ HCO3-])

● En condiciones normales la concentración de los cationes (sodio y potasio) es mayor que la de aniones(representado por el cloruro y bicarbonato).

● Esta diferencia se debe a una serie de sustancias con carga negativa en la sangre como proteínasplasmáticas, sulfatos, fosfatos y lactato, que habitualmente no se miden.

● Al conjunto de estas sustancias aniónicas que equilibran las cargas positivas y las negativas y que no sedeterminan de manera directa se les denomina ANIÓN GAP.

● En determinadas circunstancias patológicas el anión GAP:

- Aumenta: acidosis metabólica, cetoacidosis diabética (pH <7,25 o bicarbonato plasmático <16 mEq/L).

- Disminuye: mieloma múltiple (por aumento de las gammaglobulinas que tienen carga positiva).

3. PRUEBAS DE HEMATIMETRÍA

● Consiste en el análisis de las células sanguíneas y permite detectar alteraciones cuantitativas ycualitativas en estas células:

a) Eritrocitos● Son las células más abundantes de la sangre. Son discos bicóncavos con una vida media de 120 días.Carecen de núcleo y de orgánulos citoplasmáticos. Su principal función es transportar la hemoglobina (conel oxígeno que contiene) desde los pulmones a las células de los tejidos. El precursor inmediato de loseritrocitos es el reticulocito, que ya carece de núcleo.

PRINCIPALES ÍNDICES ERITROCITARIOS Y RETICULOCITARIOS

PARÁMETRO MUJER VARÓN

4,2-5,4

12-16

37-47%

85-97

27-31

31-35

10-14

< 1

4,7-6,1

14-18

42-52%

85-97

27-31

31-35

10-14

< 1

Hematíes (x1012 /L)

Hemoglobina (g/dL)

Hematocrito (%)Porcentaje del volumen total de la sangreconstituido por los hematies

VCM o volumen corpuscular medio (fL)Hematocrito/Eritrocitos (x1012/L)

Hemoglobina corpuscular media o HCM (pg)Hemoglobina (g/L)/Eritrocitos (x1012/L)

Concentración de hemoglobina corpuscular

media o CHCM (g/dL)Hemoglobina (g/L)/Hematocrito

Amplitud de distribución eritrocitariao ADE O RDW (%)Mide la anisocromía eritrocitaria(tamaños eritrocitarios distintos)

Índice de reticulocitos

Reticulocitos (%) x Hematocrito pacienteHematocrito normal

b) Leucocitos ● Tienen núcleo y orgánulos citoplasmáticos. Presentan funciones inmunitarias.




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● Tipos:

- Polimorfonucleares o granulocitos: neutrólos, eosinólos y basólos.

- Mononucleares: linfocitos y monocitos.

VALORES DE REFERENCIA DE LA FÓRMULA LEUCOCITARIA EN ADULTOS

CÉLULA PORCENTAJE (%) VALOR ABSOLUTO (x109 /L)

NEUTRÓFILOS 55-75 2,5- 7,5 LINFOCITOS 17-45 1,5- 4,5

MONOCITOS 2-8 0,2- 0,8

EOSINÓFILOS 1-4 0,05- 0,5

BASÓFILOS 0,2-1,2 0,01-0,15

c) Plaquetas● Son discos nos de 2-4 µm que carecen de núcleo. Son fragmentos de megacarocitos. Sus valoresnormales oscilan entre 130-400 x 109/L.

4. TINCIONES CITOQUÍMICAS HEMATOLÓGICAS

a) Tinción de perls● Pone de maniesto la presencia de hemosiderina en el citosol de las células. Se utiliza generalmentesobre frotis de médula ósea.

b) Tinción del ácido peryódico de Schiff (PAS)● Detecta la presencia de glucógeno y mucopolisacáridos en el citoplasma celular en forma de unprecipitado de color rojo.

● Esta tinción es positiva para: los neutrólos, el 20-30% de los linfocitos normales, las plaquetas y losmegacariocitos.

c) Tinción de la peroxidasa● Esta enzima está presente en el citoplasma de casi todos los leucocitos. Solo los linfocitos carecen de ella.

d)Tinción del negro Sudán B● Indica la presencia de sustancias lipídicas como los ésteres, los fosfolípidos y las grasas neutras.

● Los neutrólos son muy positivos (granulación gris oscuro), los monocitos son débilmente positivos y loslinfocitos son negativos.

e) Tinción de la fosfatasa alcalina● Es positiva para los leucocitos polimorfonucleares. Se encuentra en los gránulos secundarios.

f) Tinción de la fosfatasa ácida● La mayoría de las células hematopoyéticas son fosfatasa ácida positivas en distintos grados.

● Se utiliza fundamentalmente en el diagnóstico diferencial de la leucemia de células peludas otricoleucemia, donde los leucocitos presentan una intensa actividad fosfatasa ácida.

g) Tinción de la β-glucuronidasa

● Esta enzima es una hidrolasa lisosomal.

● Positiva: macrófagos, células plasmáticas y linfocitos T.

● Positividad débil o negativa: monocitos y neutrólos.

h) Tinción de esterasas● α-Naftil-Acetato o α-Naftil-Butirato → Negativa para neutrólos.

● Naftol AS-D cloroacetato esterasa → Positiva para neutrólos.




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5. PRUEBAS DE COAGULACIÓN: HEMOSTASIA

PARÁMETROS RUTINARIOS DE ESTUDIO DE LA COAGULACIÓN

PARÁMETRO MÉTODO UTILIDAD

► Método de Quick

Mide el tiempo que tarda en aparecer elcoágulo de brina añadiendo al plasmatromboplastina y calcio

► En la actualidad se recomienda utlizar elINR (cociente normalizado internacional)INR=(TP del paciente/TP control) ISI*

*ISI: Índice de sensibilidad internacional

► Mide el tiempo que tarda en formarse labrina cuando se añade cefalina y calcioa un plasma sin plaquetas. Se iniciala reacción añadiendo al plasma una

sustancia cargada negativamente(sílice, caolín)

► Medida del tiempo de coagulación enpresencia de grandes cantidades detrombina

► Se detecta por técnicas cuantitativas:ELISA o turbidimetría

► Por técnicas semicuantitativas: Aglutinación por partículas de látex

► Se utiliza para evaluar el

funcionamiento de las víascomún y extrínseca

► Mide la capacidad coagulantede los factores I, II,V,VII y X

► Se utiliza para el control de laterapia con anticoagulantesorales dicumarínicos

► Se utiliza para evaluar lasvías intrínseca y común de lacoagulación

► Permite detectar hemolias A y

B → APTT prolongado► Se utiliza para controlar el

tratamiento con heparina

► Factor de coagulación yreactante de fase aguda por lo queestará aumentado en:

●Reacciones inamatorias●Traumatismos● Infecciones

► Es un producto de degradación

de la brina► Está aumentado en lacoagulación intravasculardiseminada (CID) y en procesostromboembólicos como latrombosis venosa profunda

Tiempo deprotrombina(TP)

Tiempo detromboplastinaparcial activada

(APTT)

Fibrinógeno

Dímero D

ANÁLISIS DE HECES● El análisis de las heces permite detectar alteraciones del proceso digestivo por:

- Aparición de principios inmediatos digeridos en elevada cantidad.

- Presencia en las heces de principios inmediatos sin digerir o poco digeridos.

● Según la naturaleza de los restos que aparecen alterados en las deposiciones se habla de:

- Esteatorrea: presencia anormal de grasa en las heces.

- Amilorrea: presencia anormal de hidratos de carbono en las heces (almidón).

- Creatorrea: presencia anormal de proteínas en las heces.

1. TÉCNICAS DE DETERMINACIÓN EN LAS HECES

a) Investigación de sangre oculta en heces● Las técnicas más utilizadas son las basadas en la utilización de la peroxidasa como indicador de la

presencia de hemoglobina en las heces.● Utilidad clínica: tumores (carcinoma de colon), úlceras, colitis ulcerosas, fístulas anales o hemorroides.




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b) Análisis microscópico de las heces: estudio de la digestión● La preparación se puede observar:

- Sin teñir → Para cualquier tipo de resto de digestión, aunque encaminada al estudio de proteínas.

- Tinción con Sudán III → Se destacan los restos de grasas en las heces.

- Tinción con lugol doble → Se destacan los hidratos de carbono.

ESTRUCTURAS MICROSCÓPICAS EN LAS HECES

ESTRUCTURAS APARIENCIA SIGNIFICACIÓN CLÍNICAOBSERVADAS

► Normalmente están en pequeñacantidad en las heces

► Estructuras de color amarillo o pardo► Las bras musculares bien digeridas

son estructuras pequeñas de formaovalada y con estriación borrosa

► Normalmente no hay restos de estasbras en las heces

► Fibras hialinas refringentes conterminación en ecos


► Gotas redondeadas incoloras


► Fibras muscularesmal digeridas: formarectangular, estriaciones. Aparecen en la insucienciagástrica/pancreática

► Aparecen en la insucienciagástrica

► Alteración en la digestión degrasas

► Enfermedad celiaca► Tránsito intestinal acelerado

► Pueden aparecer en formade gránulos, masas amorfaso células que contenganen su interior gránulosde almidón en diferentesestados de digestión

► Aparecen en el tránsitointestinal acelerado,ingestión excesiva deféculas o insuciencia deamilasa pancreática

FIBRASMUSCULARES

FIBRASCONJUNTIVAS

GRASASNEUTRAS

ALMIDÓN

ANÁLISIS DE ORINA

1. EXAMEN MACROSCÓPICO

a) Color ● El color normal de la orina es amarillo claro/ámbar por la presencia de un pigmento denominadourocromo.

● El color de la orina puede variar desde incoloro a casi negro atendiendo a las diferentes patologías

responsables de dicha coloración y a la ingesta dietética o de fármacos.




259


DIFERENTES COLORES DE LA ORINA Y SUS CAUSAS

COLOR CAUSA

Incoloro/Amarillo claro

Amarillo oscuro

Anaranjado

Amarillo verdoso/Amarillo-marrón

Verde

Rosa

Roja

Marrón

Negra

► Consumo reciente de líquido, poliuria, diabetesinsípida o diabetes mellitus

► Muestra concentrada

► Presencia de bilirrubina y ciertos antibióticos

(fenazopiridina, nitrofurantoína, ...)► Ictericia; bilirrubina oxidada a biliverdina

► Infección por Pseudomonas

► Eritrocitos

► Hemoglobina/Mioglobina/Porrinas; hemólisisintravascular, daño muscular o porria

► Eritrocitos oxidados a metahemoglobina

► Metahemoglobina, ácido homogentísico(alcaptonuria), melanina (melanoma maligno),derivados del fenol, metildopa o levodopa

b) Olor ● La orina recién emitida tiene un olor suave y característico debido a la presencia de ácidos volátiles.

● A medida que va transcurriendo el tiempo, el olor de la orina se torna amoniacal debido a la descomposiciónde la urea.

● Olores patológicos:

- Infecciones urinarias: olor fuerte y desagradable (putrefacto).

- Cetoacidosis diabéticas o presencia de cuerpos cetónicos: olor afrutado, dulce.

- Fenilcetonuria: olor a ratón.

- Enfermedad con olor a jarabe de arce.

c) Turbidez● La orina recién emitida es limpia y transparente.

● La presencia de turbidez en la orina puede ser:

- No patológica → Orina almacenada en la que se produce la precipitación de cristales o sales: fosfatos ocarbonatos (turbidez blanquecina) si la muestra es alcalina, o uratos (turbidez rosácea) si la muestra esácida.

- Patológica → Presencia de elementos formes como eritrocitos, leucocitos, moco y espermatozoides, asícomo por la presencia de bacterias o proteínas.

d) Volumen

● Diuresis normal → 800-2.000 mL/24h; aunque suele oscilar entre 1.200-1.500 mL/24h.● En el caso de los niños, el volumen excretado es proporcionalmente más elevado que en los adultos.

● La diuresis depende de distintos factores como: ingesta de líquidos, temperatura, sudoración,…

- Poliuria (eliminación de un volumen de orina superior al normal, >3.000 mL/24h) → Diabetes mellitus odiabetes insípida.

- Oliguria (eliminación de un volumen de orina inferior al normal, <400mL/24h) → Deshidratación, isquemiarenal, insuciencia renal crónica….

- Anuria (falta de eliminación de la orina) → Insuciencia renal aguda o crónica.

e) Densidad● Hace referencia a la capacidad de los riñones para concentrar la orina.● Densidad normal → 1,010-1,030 g/L.




260

@AcademiaGoBIR

- Aumentada: procesos febriles, diabetes mellitus (presencia de glucosa en la orina), insuficienciasuprarrenal, enfermedades hepáticas e insuciencia cardiaca.

- Disminuida: diabetes insípida (décit de ADH), glomerulonefritis o pielonefritis.

2. EXAMEN BIOQUÍMICO

a) Determinación semicuantitativa de los componentes bioquímicos● El examen de los componentes químicos de la orina se realiza mediante el uso de tiras reactivas →

Química seca.

● Las tiras reactivas constan de almohadillas impregnadas en sustancias químicas e indicadores adheridos

a una tira plástica. Cuando la almohadilla toma contacto con la orina tiene lugar una reacción química que

provoca en el indicador un viraje de color. Este color se compara con una escala cromática aportada por

el fabricante.

COMPONENTES BIOQUÍMICOS DETECTADOS EN LA TIRA REACTIVA DE ORINA

COMPONENTE VALORES MÉTODO APLICACIÓN QUÍMICO NORMALES DE DETECCIÓN CLÍNICA

4,5-8

NO HAY

NO HAY

NO HAY

NO HAY

NO HAY

0,5-4 mg/día

NO HAY

►Orinas ácidas:●Dieta con alto contenido proteico

●Diabetes mellitus

●Diarrea

●Ciertos medicamentos

►Orinas alcalinas●Dieta vegetariana

●Muestras almacenadas

● Infecciones por bacterias productoras

de ureasa

●Hiperventilación

●Vómitos

● Acidosis tubular renal

►Glucosuria●Diabetes mellitus

● Acromegalia

●Síndrome de Cushing

●Hipertiroidismo

●Embarazo

► Cetonuria

●Diabetes mellitus

● Ayuno prolongado

►Hemoglobinuria

● Anemia hemolítica

●Traumatismo

●Enfermedad renal● Infecciones

► Piuria

● Infecciones

►Bilirrubinuria●Enfermedad hepática

●Enfermedad obstructiva biliar

► Aumento de la excreción de urobilinógeno● Anemia hemolítica

●Enfermedad hepática

► Positivo en:● Infecciones bacterianas por bacterias

capaces de reducir los nitratos a nitritos.

Ej. Enterobacterias

pH

GLUCOSA

CUERPOSCETÓNICOS

HEMOGLOBINA

LEUCOCITOS

BILIRRUBINA

UROBILINÓGENO

NITRITOS

Indicador : Rojo

de metilo- Azul de

bromotimol

Glucosa oxidasa

Nitroprusiato

(No detecta

β-hidroxibutirato)

Ortotoluidina

y peróxido orgánico

Esterasa leucocitaria

Diazorreacción

Diazorreaccion:

prueba de Erlich

Amina aromática

con diazonio




261


b) Determinación cuantitativa de proteínas totales en orina● Se denomina proteinuria a la excreción de proteínas en orina >150 mg/día.

● Un tercio de la cantidad de proteína eliminada por la orina es albúmina.

● La presencia de proteínas en orina es un indicador del estado del riñón y puede reejar cierta lesión anivel renal (enfermedad glomerular).

● La determinación es más compleja que en las muestras sanguíneas debido a la cantidad de sustancias

no proteicas que pueden interferir en la determinación.

MÉTODOS DE DETERMINACIÓN DE PROTEÍNAS TOTALES EN ORINA


► Escasa sensibilidad

► Sujeto a interferencias

► Bastante utilizado

► Medida de la turbidez al añadir ácido tricloroacético

► Muy utilizado

► Se utiliza el colorante azul de Coomasie que se une a

los grupos amino de las proteínas

Biuret

Lowry

Métodos turbidimétricos

Métodos que jan colorantes

c) Detección de la microalbuminuria● Excreción de pequeñas cantidades de albúmina en orina por encima de los valores normales pero queno son detectadas con las pruebas rutinarias de determinación de proteínas en orina.

● Utilidad clínica: indicador más precoz de complicaciones en el paciente diabético.

● La determinación se lleva a cabo con una tira reactiva semicuantitativa y la cuanticación por nefelometríao turbidimetría.

d) Determinación de catecolaminas y sus metabolitos

● Las catecolaminas son la adrenalina, la noradrenalina y la dopamina, y se sintetizan todas a partir delaminoácido tirosina.

● Los lugares principales de síntesis de catecolaminas son el SNC, las células cromanes de la médulasuprarrenal y las neuronas simpáticas postganglionares. La médula suprarrenal sinteriza un 80% deadrenalina y un 20% de noradrenalina.

● Las determinaciones más importantes en el laboratorio son:

- Catecolaminas libres en orina → Orina 24 horas.

- Ácido vanililmandélico (producto nal del catabolismo de adrenalina y noradrenalina) → Orina de 24horas.

- Metanefrinas totales → También son producto del catabolismo de adrenalina y noradrenalina → Orinade 24 horas.

- Acido homovanílico (principal metabolito urinario de la dopamina) → Orina de 24 horas.

● El método más utilizado actualmente para determinar las catecolaminas es el HPLC.

Recuerda Se recomienda evitar el café, el cacao, el té, la vainilla, los cítricos y el alcohol antesde llevar a cabo la determinación, ya que pueden elevar los niveles urinarios deácido vanililmandélico.

● Utilidad clínica: estos compuestos aparecen elevados en el feocromocitoma y en tumores de la crestaneural (neuroblastoma, ganglioblastoma y ganglioneuroma).

e) Determinación de ácido 5-Hidroxiindolacético● Este compuesto es el metabolito nal del catabolismo de la serotonina.




262

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● El método más utilizado actualmente para determinar el 5-Hidroxiindolacético es el HPLC en unamuestra de orina 24 horas.

● Utilidad clínica: su excreción urinaria está elevada en el tumor carcinoide.

f) Detección de porrinas

● Detección cualitativa:

- Test de Hoesch: reactivo de Ehrlichs → Detecta la presencia de porfobilinógeno. Pigmento rojo queabsorbe a 552 nm.

● HPLC con detector de uorescencia.

● Utilidad clínica: diagnóstico de porrias.

3. EXAMEN MICROSCÓPICO: SEDIMENTO URINARIO

● Para el estudio de las células en orina es requisito indispensable centrifugar la orina previamente.

● El sedimento normal no patológico está prácticamente vacío si se analizan numerosos campos almicroscopio → En algunos campos se pueden observar leucocitos o eritrocitos de forma muy aislada asícomo células epiteliales procedentes de vías urinarias descendentes, cristales, lamentos de moco o salesamorfas.

a) Tipos de células

Hematíes

● Son células de forma bicóncava y con un tamaño que oscila entre 4 y 7 µm.

● Se encuentran en cantidad muy reducida en la orina normal (1-2/campo).

● Utilidad clínica:

Hematuria renal

- Hematuria glomerular: glomerulonefritis. Es frecuente la aparición de hematíes dismórcos (procedende la sangre que circula por el glomérulo: hematíes deformados, con “muescas”).

- Hematuria parenquimatosa no glomerular: tumores malignos y quistes renales, infarto renal, nefropatíapoliquística, tuberculosis o diabetes mellitus.

Hematuria extrarrenal

- Nefrolitiasis, cistitis hemorrágicas, hipertensión arterial, trombopenias.

Los hematíes al microscopio se pueden confundir con levaduras o con cristales de oxalatocálcico monohidratado.

Leucocitos

● Son células redondeadas, de tamaño algo mayor que los hematíes (8-15 µm) y con un núcleo variable

en tamaño y forma.● No se suelen encontrar en el sedimento de una persona sana; lo normal es 0-5 leucocitos/campo.

● El tipo de leucocito predominante en la orina es el leucocito polimorfonuclear neutrólo.

● Utilidad clínica: la presencia de piuria en la orina puede indicar:

- Enfermedades infecciosas: cistitis, prostatitis, uretritis, glomerulonefritis, pielonefritis, …

- Enfermedad túbulo-intersticial o nefritis intersticial alérgica: aparecen eosinólos (tinción de Hansel).

- Rechazo agudo tras un trasplante renal: aumentan los linfocitos y los monocitos.

Células epiteliales

Células de epitelio plano o escamoso

● Son células de gran tamaño, de aspecto irregular, con abundante citoplasma y núcleo pequeño ycentrado.

Ojo




263


● Proceden de los genitales externos o de la porción inferior de la uretra. Con frecuencia indicancontaminación vaginal o perineal.

● Aparecen en el sedimento normal no patológico, aunque pueden aparecer en casos de uretritis.

Células de epitelio transicional o urotelio

● Son células de epitelio pseudoestraticado y se localizan en varias capas.

● Es el tipo de epitelio más abundante del aparato urinario: pelvis renal, uréter, vejiga y uretra anterior.● Las células presentan pleomorsmo:

- Células redondeadas con núcleos relativamente grandes.

- Células redondeadas con núcleos relativamente grandes y con una “cola”: células en raqueta.

● Presentan un tamaño de 2 a 4 veces superior al de los leucocitos.

● Utilidad clínica: su presencia en número elevado puede indicar inamación de la vía urinaria o procesosmalignos, como el carcinoma urotelial (con anomalía nuclear).

Células de epitelio tubular renal

● Son las células que conforman el epitelio monoestraticado que tapiza los túbulos renales; también sellama epitelio columnar o cúbico.

● Son células algo mayores que los leucocitos, redondeadas o algo ovaladas, con núcleo grande y redondolocalizado en el centro o algo desplazado hacia un lado.

● Utilidad clínica: es indicativa de patología tubular . También pueden aparecer en enfermedades víricasgeneralizadas y en lesiones tóxicas.

Cilindros

● Se originan a partir de las proteínas (la matriz es la mucoproteina Tamm-Horsfall, segregada a laorina por las células epiteliales de la rama ascendente del asa de Henle) de los túbulos de las nefronas;representan moldes de las nefronas.

● Los cilindros se originan por el espesamiento de las proteínas y su precipitación. Se clasican en función

de:1. El lugar de la nefrona en que se forman:

- Cilindros estrechos → Proceden de los túbulos distales.

- Cilindros anchos → Proceden de los túbulos colectores (se observan en la insuciencia renal crónica).

2. El material del que están formados.

- La acidicación de la orina y el aumento de la concentración de solutos favorece la aparición de cilindros.




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Cilindroshialinos

Cilindrosgranulosos

Cilindroscéreos

Cilindrosepiteliales

Cilindroseritrocitarios

Cilindrosleucocitarios

TIPOS DE CARACTERÍSTICAS SIGNIFICACIÓN CLÍNICA CILINDROS

► Son translúcidos y se componen ex-

clusivamente de mucoproteína deTamm-Horsfall

► Representan la agregación de lasproteínas plasmáticas que atravie-san el túbulo, con restos celulares deleucocitos, eritrocitos o células tubu-lares.

► Son mayores y más anchos que los

hialinos► Para que aparezcan estos cilindrosse requiere la presencia de PROTEI-NURIA

► Son muy refringentes, de aparienciadura, sin gránulos y de gran tamaño

► Presentan hendiduras nas en losbordes.

► Constan de proteínas plasmáticas,y se forman por la desnaturalizaciónde las mismas.

► Proceden del epitelio tubular descamado► Se pueden confundir con los cilindros

leucocitarios

► Se componen de eritrocitos hincha-dos que se adhieren a la sustanciafundamental hialina

► Suelen tener una coloraciónrojo-amarilla o pardusca

► Indican que la hematuria es renal

► Se componen de leucocitos que

se adhieren a cilindros con unasustancia fundamental diferente► Indican inamación de origen renal

► Sin signifcación clínica

► Aparecen abundantes cilin-dros hialinos en personassanas tras ejercicio físico o

psíquico.► También aparece en:

● Fiebre● Algunas enfermedadesrenales: síndrome nefrótico

► De manera aislada, enpersonas sanas despuésde realizar ejercicio físico

► Enfermedades agudas y

crónicas del riñón: glomeru-lonefritis, pielonefritis

► Su presencia indicaalteración renal grave

► Aparecen en la necrosistubular isquémica o tóxica

► Glomerulonefritis aguda ocrónica

► Lupus eritematososistémico

► Aparecen principalmenteen pielonefritis

Cristales

● Son productos nales del metabolismo que se excretan a nivel urinario.

● La detección de cristales en orina posee signicación diagnóstica en muy pocos casos.

● El tipo y el número de cristales dependen del pH y de la temperatura de la orina:

1. Uratos amorfos

- Orinas ácidas.

- Precipitado rojo-pardusco en forma de “polvo de ladrillo”.- Aparecen en episodios febriles y en la gota.




265


2. Urato diamónico

- Orinas ligeramente alcalinas.

- Esferas de color amarillo-pardusco. Raramente cristalizan en forma de bizcocho o ramillete de agujas.

- Se pueden confundir con cristales de leucina.

- No tienen signicación clínica aunque se asocian con infecciones urinarias por bacterias productoras deureasa.

3. Ácido úrico

- Orinas ácidas.

- Son birrefringentes y adoptan diferentes formas: cuadros romboidales y roseta son los más frecuentes.

- Son frecuentes en la orina muy concentrada, como en la ebre, y en la gota.

4. Oxalato cálcico monohidratado

- Orina ácida o débilmente alcalina.

- Es incoloro y birrefringente; aparecen en forma de “sobre de carta” y con menos frecuencia, en formade “reloj de arena”.

- Se asocia a dieta ricas en oxalato (legumbres, mandarinas) y también aparecen en la oxalosis primaria,una enfermedad hereditaria.

5. Fosfato amónico-magnésico (fosfato triple)

- Orinas alcalinas.

- Su forma más característica es en “tapa de ataúd”.

- Se disuelven fácilmente en ácido acético.

- No tienen signicación clínica importante aunque pueden aparecer asociados a los fosfatos amorfos enuna bacteriuria marcada.

6. Fosfato dicálcico

- Poco frecuentes. Aparecen en orinas alcalinas o ligeramente ácidas.

- Son cristales brillantes, incoloros y cuneiformes que se disponen en abanico.

- No tienen signicación clínica, aunque su aparición puede aparecer ligada a hipertroa de próstata oinfecciones urinarias crónicas.

7. Fosfatos amorfos

- Orinas alcalinas.

- Adoptan forma de pequeños granos de color blanquecino o gris.

8. Carbonato cálcico

- Poco frecuentes. Aparecen en orinas alcalinas o ligeramente ácidas.

- Adoptan forma de pequeños lazos y, más raramente, de pequeñas esferas incoloras.

- No tienen signicación clínica.

9. Cistina

- Orinas ácidas.

- Aparecen en forma de “placas hexagonales”.

- Signicado patológico → Cistinuria.

10. Colesterol

- Aparecen como “cuadrados incoloros”.

- Signicado patológico → Quiluria (obstrucción del ujo linfático en el abdomen), como en algunos tumoreso en la lariasis tropical.

11. Leucina y tirosina

- Leucina → Esferas de color amarillo pardusco con estriación radial de aspecto oleoso.

- Tirosina → Aparecen formando manojos de agujas brillantes y nas.- Signicado patológico → Suelen aparecer juntos en enfermedades graves del parénquima hepático.




266

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12. Cristales de medicamentos

- Se eliminan con múltiples formas de cristalización y colores, y precipitan tras enfriar la muestra de la orina.

- Unos de los más característicos son los cristales de sulfamidas.

ANÁLISIS DE LÍQUIDO CEFALORRAQUÍDEO●

El líquido cefalorraquídeo es un líquido transparente (“agua de roca”) que baña el encéfalo y la médulaespinal circulando por el espacio subaracnoideo de las meninges, los ventrículos cerebrales y el canalmedular.

● Se produce en los plexos coroideos de los dos ventrículos laterales y del tercer y cuarto ventrículo. Estosplexos forman el LCR a través del plasma por mecanismos de ltración selectiva y secreción por transporteactivo. El LCR es reabsorbido por la sangre a través de las vellosidades aracnoideas.

● El volumen total de LCR en las vellosidades aracnoideas es aproximadamente de 150 mL.

● Funciones:

- Actúa como uido protector del SNC.

- Circulación de nutrientes.

- Recogida de productos de desecho.


CARACTERÍSTICAS APARIENCIA NORMAL SIGNIFICACIÓN CLÍNICA

► La turbidez aparece cuando hayaumento de:● Gérmenes● Hematíes● Pleiocitosis(>200 leucocitos/µL)

● Aumento de la concentración deproteínas

► La viscosidad aumentada se observaen casos de meningitis meníngeaso criptocócicas

► Rojizo: Presencia de hematíes

► Verdoso por liberación de biliverdina

► Amarillo por liberación de bilirrubina

► XANTOCRÓMICO → Color amarillo-

naranja o rosado del sobrenadantetras centrifugar el LCR. Se debe ala lisis de los hematíes y oxidaciónde la hemoglobina. Aparece en lashemorragias subaracnoideas

AUSENCIA DE TURBIDEZ

POCO VISCOSO

INCOLORO.

("agua de roca")

TURBIDEZ

VISCOSIDAD

COLOR




267



a) Glucosa (50-80 mg/dL)● La concentración de glucosa en LCR en condiciones normales equivale a un 60% de la plasmática.

● La hiperglucorraquia aparece en ciertas meningitis, poliomielitis, encefalitis y diabetes mellitus malcontrolada.

● La hipoglucorraquia aparece en meningitis bacteriana, tuberculosa o fúngica.b) Lactato● La concentración de lactato en LCR es independiente de su concentración plasmática y reeja elmetabolismo cerebral anaerobio debido a hipoxia.

● Utilidad clínica: aumenta en infarto cerebral, edema, traumatismos o meningitis.

c) Proteínas (15-45 mg/dL)● Un 80% de las proteínas del LCR provienen del plasma y un 20% se sintetizan en el SNC.

● Utilidad clínica: la elevación de las proteínas es el hallazgo patológico más frecuente en el análisis delLCR. Puede deberse a:

Aumento de paso de proteínas del plasma:- Procesos que alteran la permeabilidad de la barrera hematoencefálica: meningitis bacterianas o virales.- Hemorragias cerebrales.- Tumores espinales. Aumento de la síntesis intratecal:- Esclerosis múltiple: aumento de la síntesis intratecal de inmunoglobulinas.Por combinación de ambas:- Meningitis tuberculosa y síndrome de Guillain-Barré.

d) Prealbúmina● La concentración relativa de prealbúmina es mayor en el LCR que en el plasma.

● Utilidad clínica: conrma el origen cefalorraquídeo del líquido, como en los casos de rinorraquia u

otorraquia.

e) Transferrina desializada● Procede de la transferrina plasmática, que en el SNC pierde sus residuos de ácido siálico, presentandouna migración electroforética diferente (banda Tau).

● Tiene la misma utilidad que la prealbúmina.

f) ADA (Adenosina desaminasa)● Utilidad clínica: aumenta en las meningitis tuberculosas.

g) Lactato deshidrogenasa (LDH)●

Utilidad clínica: aumenta principalmente en las meningitis bacterianas y no aumenta en las virales.

3. EXAMEN MICROSCÓPICO

● El LCR tiene un escaso número de células que son, fundamentalmente, leucocitos mononucleares.

● En neonatos es normal la aparición de hasta 20-30 células/µL. En el adulto, hasta 5-10 células/µL.

a) Hematíes●La cifra de hematíes tiene escaso valor y se suele utilizar para corregir la cifra de leucocitos (1 leucocito/700hematíes) y para corregir la concentración de proteína (restar 1 mg de proteína por cada 1.000 hematíes).

b) Leucocitos● Predominio de linfocitos: meningitis vírica, tuberculosa, micótica, por Listeria, y también en esclerosismúltiple y neurosílis.

● Predominio de neutrólos: meningitis bacterianas, durante el comienzo de las meningitis virales o en lashemorragias cerebrales.




268

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● Aumento del número de eosinólos: infecciones parasitarias o asociado a alergias.

DIAGNÓSTICO DIFERENCIAL DE LAS PRINCIPALES CAUSAS DE ALTERACIÓN EN EL LCR

PATOLOGÍA ASPECTO PROTEINAS GLUCOSA CÉLULAS (mg/dL)

Meningitis

vírica

Meningitistuberculosa

Meningitisfúngicas

Hemorragiasubaracnoidea

Claro oligeramenteturbio

Claro

Ligeramenteturbio

Xantocrómico

30-100

50-300

50-300

Aumentadas

NORMAL

<45

<45

Normal oaumentada

5-300 MN(24-36h predominiode PMN)

100-600 MN

40-400 PMN

25-1.000MN

ANÁLISIS DE LÍQUIDO SINOVIAL● El líquido sinovial es un líquido amarillo claro casi transparente que deriva del plasma sanguíneo ltradoa través de los capilares sinoviales. A este líquido se le añaden algunas sustancias como proteínas y ácidohialurónico segregado por las células B de la membrana sinovial.

● Funciones:

a) Aportar nutrientes al cartílago articular.

b) Lubricar las supercies de rozamiento.

● La obtención de la muestra se realiza por punción articular o artrocentesis.


● Viscosidad: el líquido sinovial, en condiciones normales, presenta una elevada viscosidad. Reeja elgrado de polimerización del ácido hialurónico.

- Utilidad clínica: disminuye en procesos inamatorios (artritis séptica, reumatoide y gotosa) y derrame portraumatismo; se produce una destrucción del ácido hialurónico que disminuye la viscosidad.

● Color/Aspecto: en condiciones normales es transparente, amarillo claro.

RELACIÓN DEL COLOR/ASPECTO DEL LÍQUIDO SINOVIAL CON LA PATOLOGÍA SUBYACENTE

COLOR/ASPECTO PATOLOGÍA

► Sobrenadante claro tras centrifugación: PUNCIÓN

TRAUMÁTICA

► Si no varía el color tras centrifugación:HEMARTROSIS► Capa cremosa en el sobrenadante: FRACTURAS

SUBCONDRALES O NECROSIS GRASA

► Procesos sépticos

► Leucocitosis, cristales, brina y coágulos

Pardo-rojizo(Sangre en la muestra)

Amarillo verdoso

Turbidez


a) Glucosa

● Valores bajos → Procesos inamatorios.● Valores muy bajos → Artritis séptica.




269


b) Proteínas● En procesos inamatorios y sépticos, sus niveles se elevan, reejo del aumento de la permeabilidadvascular.

c) β2-Microglobulina

● Aumentada → Artritis reumatoide y síndrome de Sjogren.

● Normal → Artritis inamatorias y no inamatorias.


a) Tipos de células● Un líquido sinovial normal contiene de 10-200 células/µL, siendo leucocitos prácticamente su totalidad,con predominio de linfocitos.

CLASIFICACIÓN PATOLÓGICA DE LOS LÍQUIDOS SINOVIALES ATENDIENDO AL TIPO CELULAR

TIPOS ASPECTO RECUENTO PATOLOGÍA DE LÍQUIDO CELULAR

Amarillo claro

Turbio

Turbio

● Artropatías

postraumáticas ● Osteocondritis

● Artrosis

● Gota

● Pseudogota

● Enfermedades del

tejido conjuntivo

● Artritis infecciosa

Mecánicono inamatorio

Inamatorios

Sépticos

200-2.000 leucocitos/µL<25% PMN

2.000-100.000 leucocitos/µL

>50% PMN

Pueden aparecer cristales

>100.000 leucocitos/µL

>75% PMN

d) Análisis de cristales

CRISTALES FORMA PATOLOGÍA

Agujas, bastones

Alargados, romboides

Microagregados esféricos

Cuadrangular, rectangular

GOTA

PSEUDOGOTA

ARTRITIS

ARTRITIS REUMATOIDE(ocasionalmente)

Urato monosódico

Pirofosfato cálcico

Hidroxiapatita

Colesterol

● Su estudio se realiza con microscopio de luz polarizada y permite realizar el diagnóstico de artropatíaspor microcristales.

ANÁLISIS DE LÍQUIDO SEMINAL● El estudio del líquido seminal constituye el primer paso para el estudio de la fertilidad masculina.

● El semen es una solución constituida por espermatozoides suspendidos en un líquido llamadoplasma seminal, cuya misión es proporcionar un medio nutritivo y un volumen adecuado para llevar los

espermatozoides hacia el moco cervical.




270

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● Es una mezcla de secreciones producida por:

- Secreción de las vesículas seminales (mayoritaria, contiene fructosa).

- Secreción prostática (contiene ácido cítrico).

- Secreción del epidídimo y conductos deferentes.

- Secreción de las glándulas bulbouretrales y uretrales (de Littré).● El semen debe ser llevado rápidamente al laboratorio tras su obtención y ser analizado al cabo de una

hora tras su obtención.


EXAMEN FÍSICO DEL SEMEN

PARÁMETROS NORMAL PATOLÓGiCO

1,5-7 mL

5-15 minutos

Observación de la lancia: el semen ya

licuado forma un lamento de 1 cm

Blanquecino opalescente

Ligeramente alcalino

7,2-7,8

Hiperespermia >7

Hipospermia <1,5

Si no se licua en este periodo

poner en el incubador hasta

los 60 minutos

Si el lamento es >2 cm.

Amarillento: largo periodo de

abstinencia sexual, infección

o ictericia

Rojiza o marrón: presencia de

sangre

pH <7,2: obstrucción del

conducto eyaculador ypatologías crónicas

pH >7,8: inamación de

las glándulas prostáticas

(prostatitis, epididimitis)

Volumen

Tiempo de

licuación

Viscosidad

Color

pH


PRINCIPALES MARCADORES BIOQUÍMICOS DEL SEMEN

ÓRGANO PARÁMETRO BIOQUÍMICO

Ácido cítrico

Fosfatasa ácida

Zinc

Fructosa

Carnitina libre

PRÓSTATA

VESICULAS SEMINALES

EPIDÍDIMO




271



EXAMEN MICROSCÓPICO DEFINICIÓN

Concentración espermática

>15 millones spz/mL

>39 millones de spz en el eyaculado total<15 millones spz/mL

<39 millones de spz en el eyaculado total

<32% de spz móviles progresivos

<40% de spz móviles progresivos y no progresivos

<4% de spzs morfológicamente normales

Ausencia de spz en la muestra en fresco, pero

presencia de spz tras la centrifugación de la muestra

Ausencia de espermatozoides en la muestra en

fresco y postcentrifugación

Normozoospermia

Oligozoospermia

Astenozoospermia

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ANÁLISIS DE LÍQUIDO AMNIÓTICO● Es el uido en el que está inmerso el feto en el útero materno.

- Se obtiene por punción abdominal mediante una técnica llamada amniocentesis. Se extraen unos 10-20mL.

● La amniocentesis se realiza habitualmente entre las semanas 14-16 de gestación. Para estudios demadurez fetal es recomendable realizarla en la semana 35.

1. PRUEBAS A REALIZAR EN EL LÍQUIDO AMNIÓTICO

a) Madurez fetal

Cociente lecitina/esfngomielina

● Es una medida de la madurez pulmonar fetal establecida mediante la determinación de los fosfolípidosdel líquido amniótico. La lecitina es el principal componente del surfactante pulmonar; si no existe sucientesurfactante los alveolos se colapsan durante la espiración. Esto puede producir en los pulmones inmadurosel síndrome del distrés respiratorio (RDS), que es una complicación frecuente en los recién nacidosprematuros. En los pulmones fetales inmaduros la concentración de esngomielina es mayor que la delecitina. Un cociente L/E >2 indica madurez fetal.

Fosfatidilglicerol

● Es un buen indicador de la madurez pulmonar ya que se sintetiza casi por completo en las célulasalveolares del pulmón maduro. Representa el 10% de los fosfolípidos del surfactante pulmonar.

b) Determinación del sexo fetal. Realización del cariotipo.

c) Detección de alteraciones genéticas y cromosómicas. Ej. Trisomía 21.

Recuerda En el síndrome de Down se observan valores muy elevados de gonadotropinacoriónica (HCG), valores bajos de alfafetoproteína (AFP) y valores bajos de estriolno conjugado.




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d) Eritroblastosis fetal: isoinmunización Rh● La cantidad de bilirrubina se usa para valorar la gravedad de la hemólisis en los embarazos sensibles a Rh.

e) Trastornos metabólicos hereditarios● Ej. Fibrosis quística: enfermedad autosómica recesiva debido a mutaciones en el gen que codica paraun canal de conductancia transmembrana de cloruro, CFTR, localizado en el cromosoma 7.

f) Alteraciones anatómicas● Defectos del cierre del tubo neural: anencefalia y espina bída.

● Estos defectos cursan con elevación de alfafetoproteína (AFP) y acetilcolinesterasa en suero materno ylíquido amniótico.

La proteína PAPP-A (proteína plasmática asociada al embarazo) es una glucoproteínasegregada por el tejido trofoblástico placentario. La disminución en suero materno de PAPP-Aen el primer trimestre de gestación se asocia a un riesgo elevado de feto con síndrome deDown.

MARCADORES TUMORALES● Denición: amplio espectro de moléculas de características muy variables, producidas o inducidas porla célula neoplásica, que reejan su crecimiento y/o actividad, y permiten conocer la presencia, evolucióno respuesta terapéutica de un tumor maligno.

● Esta denición no implica que los marcadores tumorales sean especícos de cáncer ya que la mayoríade ellos son sintetizados también por las células sanas, de ahí que se establezcan valores normales.

● La especicidad de los marcadores tumorales, por tanto, no está en su presencia sino en la concentracióndetectada en los tumores malignos.

1. PRINCIPALES MARCADORES TUMORALES

a) Alfafetoproteína (AFP)● Es un antígeno oncofetal.

● Es una glucoproteína con un 4% de carbohidratos y estructuralmente similar a la albúmina.

● Su síntesis comienza de forma precoz en el feto: primero en el saco vitelino y después, en el hígado fetal.

● Las concentraciones de AFP en el embarazo suelen ser muy elevadas, entre 25-30 veces el valor normalen adultos y también son altas en el neonato.

● Utilidad clínica: carcinoma hepatocelular, tumores testiculares (no seminomas) y neoplasias del senoendodérmico.

- También pueden aumentar sus niveles en otras patologías, como diversas enfermedades hepáticas yhepatobiliares, en la ataxia-telangiectasia y en la tirosinemia hereditaria.

b) Subunidad beta de la gonadotropina coriónica humana (β-HCG)

● La HCG es una hormona glucoproteica sintetizada por las células del sincitiotrofoblasto placentario.

● Su función es preservar la secreción de progesterona y la secreción del cuerpo lúteo durante las fasesiniciales del embarazo.

● Está constituida por dos subunidades: la subunidad β es especíca y presenta actividad biológica.

● La síntesis de β-HCG comienza a partir del octavo días tras la ovulación y presenta un pico máximo a las10-12 semanas de gestación, disminuyendo sus niveles a partir de ese momento.

● La detección de niveles elevados de β-HCG en ausencia de gestación es indicativo de proceso tumoral.

● Utilidad clínica: tumores trofoblásticos y neoplasias germinales de testículo y ovario.

-También pueden aumentar sus niveles en la insuciencia renal.● Este es un marcador tumoral de alta sensibilidad y especicidad.

Recuerda




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c) Antígeno carbohidrato CA-125● Es una glucoproteína presente en las estructuras derivadas de los conductos de Müller (trompa deFalopio, endocérvix y fondo vaginal) y mesotelios (pleura, pericardio y peritoneo).

● Utilidad clínica: carcinomas ováricos, aunque también aumenta en el carcinoma de endometrio o en lasneoplasias pulmonares.

- También pueden aumentar sus niveles en hepatopatías, insuciencia renal y en los derrames serosos.

● Es un marcador de sensibilidad y especicidad variable: en los estadios iniciales del tumor sus nivelesséricos son indistinguibles de los de pacientes sanos: sin embargo, en los estadios avanzados de laenfermedad las concentraciones de este marcador permiten asegurar que se trata de un tumor maligno.

d) Antígeno carcinoembrionario (CEA)● Es una glucoproteína que está relacionada con mecanismos de adhesión y reconocimiento celular.

● Fue identicada por primera vez en pacientes con metástasis de carcinoma colorrectal.

● Utilidad clínica: es el marcador tumoral más ampliamente utilizado: tumores epiteliales de pulmón,mama, cabeza, cuello, …

- También pueden aumentar sus niveles en hepatopatías, insuciencia renal y en enfermedad de Crohn.

● Es un marcador de sensibilidad y especicidad variable.

e) HE-4 (Human epididymis protein 4)● Es la proteína precursora de la proteína E4 secretada en el epidídimo que pertenece a una familia deinhibidores de proteasa con función inmunitaria.

● Se encuentra en numerosos tejidos, especialmente en el tracto genital femenino, en el epidídimo y en elconducto deferente del tracto genital masculino.

● Utilidad clínica: neoplasias ováricas, especialmente en los tumores no mucinosos. Se puede elevar enotras neoplasias, principalmente ginecológicas y pulmonares.

- También pueden aumentar sus niveles en los derrames y en la insuciencia renal.

f) Antígeno carbohidrato CA-19.9● Este antígeno contiene en su composición un 85% de carbohidratos y está relacionado con el gruposanguíneo Lewis A.

● Utilidad clínica: neoplasias gastrointestinales, especialmente carcinomas pancreáticos. Tambiénpueden detectarse aumentos en neoplasias ováricas y tumores broncopulmonares (carcinomas yadenocarcinomas indiferenciados de células grandes).

- Pueden aumentar sus niveles en las pancreatitis, colestasis y bronquiectasias.

g) Enolasa neuroespecíca (NSE)

●Es una enzima glucolítica que presenta diferentes isoenzimas, una de ellas es sintetizada especícamentepor las neuronas y células neuroendrocrinas.

● Utilidad clínica: tumores de origen neuroectodérmico, tumores carcinoides intestinales, neuroblastomasy tumores indiferenciados de células pequeñas.

● Es uno de los marcadores tumorales más especícos.

● También pueden aumentar sus niveles en hemorragias cerebrales e isquemia cerebral.

● La hemólisis puede originar falsos positivos.

h) Antígeno prostático especíco (PSA)

● El PSA es una enzima perteneciente a las calicreínas glandulares y es una serín-proteasa que actúauidicando el líquido seminal. Es sintetizado por la glándula prostática.

● Es considerado como un marcador tumoral especíco de la próstata, aunque también está presenteen concentraciones bajas en estructuras glandulares de tejido principalmente neoplásico y en quistes

mamarios, leche o líquido amniótico.● Se consideran normales concentraciones <4ng/mL.




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● El porcentaje de PSA libre varía en función de la patología prostática, siendo menor en los pacientes concáncer de próstata que en los pacientes normales o con patología benigna.

● Utilidad clínica: se considera un marcador especíco de cáncer de próstata.

- También se eleva en la hipertroa prostática benigna y en la prostatitis.

i) Antígeno asociado a los carcinomas escamosos (SCC)● Es una glucoproteína que pertenece a la familia de los inhibidores de las serín-proteasas.

● Utilidad clínica: ayuda en el diagnóstico y seguimiento de neoplasias escamosas de distinto origen(exocérvix uterino, pulmón o cabeza). También puede estar elevado en adenocarcinomas de pulmón o depáncreas.

● Pueden aumentar sus niveles en la insuciencia renal.

j) Antígeno carbohidrato CA-15.3● Es una glucoproteína que expresan las células del cáncer de mama.

● Utilidad clínica: carcinoma de mama (aunque no es un marcador especíco).

k) HER 2/NEU● Es un oncogén localizado en el cromosoma 17, que codica una proteína transmembrana pertenecientea la familia del receptor de crecimiento epidérmico.

● Este gen está sobreexpresado en el 15-30% de los carcinomas mamarios.

● Utilidad clínica: ayuda al diagnóstico, seguimiento y como factor predictivo de respuesta al tratamientode los carcinomas mamarios.

l) Calcitonina● Es un polipéptido sintetizado dentro de las células C parafoliculares del tiroides.

● Utilidad clínica: diagnóstico y seguimiento del cáncer medular de tiroides. También aumentan susniveles de forma discreta en algunos tumores neuroendrocrinos (cáncer de pulmón de células pequeñas).

● Es un marcador tumoral de alta sensibilidad y especicidad.

m) Tiroglobulina● Es una glucoproteína dimérica. Es la proteína predominante en el tiroides y almacena el 80% del yododel organismo.

● Utilidad clínica: seguimiento del cáncer diferenciado de tiroides. Utilidad para la detección de masatumoral residual después de una cirugía.

● También pueden aumentar sus niveles de forma moderada en la tiroiditis subaguda y en el adenomatóxico tiroideo.




BIBLIOGRAFÍA

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● Stryer, L; Berg, J; Tymozcko, J. Bioquímica con aplicaciones clínicas. 7ª ed. Editorial Reverté,

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● Pérez Arellano, JL. Manual de patología general. 7ª ed. Elsevier Masson, 2013.

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