Post on 02-Jan-2016
BIOQUIMICABIOQUIMICA
DEFINICIÓN: DEFINICIÓN: ciencia que estudia la base química de la vida, ciencia que estudia la base química de la vida, las reacciones y procesos que experimenta.las reacciones y procesos que experimenta.
IMPORTANCIA:IMPORTANCIA:- - DOCENCIADOCENCIA- INVESTIGACIÓNINVESTIGACIÓN- ALIMENTACIÓNALIMENTACIÓN- MEDICINA( ONDONTOLOGICA,VETERINARIA ETC)MEDICINA( ONDONTOLOGICA,VETERINARIA ETC)- INDUSTRIA INDUSTRIA - GENETICAGENETICA
INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
Importancia en odontologia:- Identificar los componentes
quimícos de la célula,tejidos.- Explicar los cambios
bioquímicos y fisiológicos en el organismo.
- Explicar los componentes quimicos del diente y sus cambios
- Explicar la bioquímica de la caries y enfermedades bucales
- Explicar la composición química de los materiales dentales y sus cambios al contacto con el aparato estomatognático.
- Motivar al estudiante a la investigación.
IMPORTANCIAIMPORTANCIA
- Explicar todos los proce- sos a nivel molecular relacionados con la vida ejm:
- Potencial de membrana- Crecimiento y desarrollo- División celular- Metabolismo celular- Contracción muscular- Conducción nerviosa- Hemostasia etc
Bioquimica y medicinaBioquimica y medicina
- Explicar fenómenos como los trastornos genéticos:
alcaptonuria,cistinuria,albinismo,fenilcetonuria,fibrósis quística.
- Trastornos del metabolismo: diabetes miellitus,atero-esclerosis, cancer,hipovitaminosis discrasias sanguineas trastornos genéticos,cromosó- micos,degenerativos,etc. (errores congénitos del
metabolismo)
BIOQUIMICA: divisiónBIOQUIMICA: división
1.-Bioquimica estática: - estudia la composición química de la materia viviente como los principales elementos para la vida: vitaminas, minerales:Na,Cl,K,Ca Mg,Cu,Zc,F,He,etc aminoácidos ácidos grasos carbohidratos
Bioquimica dinámicaBioquimica dinámica
- Estudia las transformaciones de los principales nutrientes u oligoelementos en la vida, ejemplo
- Bioenergética- metabolismo de carbo- hidratos.- metabolismo de lipidos- metabolismo de proteínas - metabolismo de
vitaminas y minerales
ENLACES BIOQUIMICOSENLACES BIOQUIMICOS
ENLACES BIOQUIMICOSENLACES BIOQUIMICOS
BIOELEMENTOSBIOELEMENTOS
BIOELEMENTOSBIOELEMENTOS
BIOMOLECULAS:BIOMOLECULAS:
- DNA:herencia,sintesis(transcrip- ción.- RNA:sintesis proteíca(traslación)- Proteínas:enzimas y estructuras - carbohidratos:fuente de energía y estructuras.- Lipidos:fuente de reserva energética formación de membranas hormonas,mediadores etc.- proteìnas:estructuras,enzimas hormonas.
Composición química normalComposición química normalvarón de 65 kgvarón de 65 kg
Proteinas: 11 K 17.0%
Grasas: 9 13.8%
azucares: 1 1.5%
Agua 40 61.6%
Minerales 4 6.1%
Obtención de moléculasObtención de moléculas
- Fraccionamiento sub-celular: extracción,homogeneización,
centrifugado.- Extracción:soluciones iso-osmóticas,Ph 7.4- Homogeneización: rotación controlada del agitador.- Centrifugación:subfracciona-
miento del contenido de un homogenado por centrifuga –
ción,3 pasos de centrifugado
AGUAAGUA
Agua y PhAgua y Ph
Importancia biológica:- Homeostasis líquido intracelular: 55 a 65% líquido extracelular: 25%- Regulación del equilibrio hídrico depende del hipotalamo y hormona antidiurética (evitar hipo o hipervolemia).
Agua y Ph Agua y Ph
- el agua es un solvente biológico ideal
- Tiene forma de tetraedro con orbital
2sp3- El agua es bipolar:polar y
apolar.- Forman puentes de
hidrogeno en azucares,liídos,proteínas
- Tienen 3 estados fisicos. gas,liquìdo,sòlido.
AGUAAGUA
AGUAAGUA
Agua; propiedadesAgua; propiedades
• Propiedades • Masa molar: 18 gr.• Punto de fusión: O° C. ( a 101.325 KPa o 1 Atm ) • Punto de ebullición: 100°C. ( a 101.325 KPa o 1Atm ) (Descargar tablas de
valores) • Densidad a 3.98°C = 1g/cm3• Densidad sólido 0.8 g/ cm3.• Molécula polar y diamagnética• Calor específico : 1 cal / g.ºC a 20ºC• Calor de fusión : 79 cal / g. ºC a 20ºC• Calor de evaporación : 540 cal / g, ºC a 20ºC• Tensión superficial : 73 dinas/ cn3• La mayoria de las propiedades dependen de los enlaces puente de
hidrógeno : Punto de fusión, punto de ebullición, densidad, calor específico,calor de fusión, tensión superficial , de fácil interpretación como así tambien la acción disolvente, fuerza de cohesión y de adhesión que plantearemos
pHpH
Sorensen en 1909 define el Ph como ¨logaritmo negativo de la concentración de hidrógenos:
pH= -log (H+)
Los ácidos: son donadores de protònes
Las bases: aceptores de protònes
GRUPOS FUNCIONALESGRUPOS FUNCIONALES
- ALCANOS : R-CH4- ALQUENOS :CH2=CH2- ALQUINOS :CH=CH- ALCADIENOS :CH2=C=CH2- ALDEHIDOS :R=CH2- CETONAS :R=c=R- AMINAS :R-NH3- AMIDAS :R=NH2- AC CARBOXILICOS R:COOH- ETER :R=O=R- ESTER R-COO-R- TIOESTER :R-S-R
5. Introducción al estudio de los Hidratos de Carbono o Glúcidos.Monosacáridos y Derivados
Hidratos de carbono o Glúcidos
- Polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas (compuestos polihidroxicarbonílicos)
- Sus derivados por oxidación, reducción y sustituciones diversas
- Sus oligómeros y polímeros por unión de los anteriores mediante enlaces glicosídicos
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
C
CH2OH
O
H
D-Glucosa
CH2OH
C O
C
C
C
CH2OH
HHO
OHH
OHH
D-Fructosa
C
CH OH
CH2OH
OH
D-Gliceraldehido
CH2OH
C O
CH2OH
Glicerona(Dihidroxiacetona)
Polihidroxialdehidos Polihidroxicetonas
CH2O
C O
C
C
OHH
OHH
CH2O P
O
O-
O-
P
O
O-
O-
D-Ribulosa (1,5) bisfosfato
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
COOH
Ácido Glucónico
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
CH2OH
Sorbitol
Derivados
Oxidación Reducción Sustitución
O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
O
HO
H
OH
CH2OH
H O
OH
HOH
H
HO
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
OH
OH
H
OH
OH
H
H
OHH
CH2OH
n
O
CH2
HH
OHH
OH
OH
H
O
H
OH
HOH
H
CH2
H
OH
H
O
H
HO HO
OH
H
OH
H
OH
H
CH2OH
O CH3OH
H
-Metilglucósido
Maltosa
Celulosa
Oligómerosy Polímeros
Hidratos de carbono: funciones
1. Energética
- Combustible de uso rápido e inmediato- Por fermentación y por respiración
2. Estructural
- Paredes celulares: bacterias, hongos, plantas- Matriz de los tejidos mesodérmicos
3. Informativa
- Funciones de reconocimiento en superficie a través de glicoconjugados
I. Osas
Compuestos polihidroxicarbonílicos y sus derivados, sin enlaces glicosídicos
II. Ósidos
Presencia de enlaces glicosídicos
1. Heterósidos: enlace glicosídico entre una osa y un grupo químico no glucídico
2. Holósidos: enlace glicosídico entre osas
a. Oligósidos: unos pocos residuos (< 20)b. Poliósidos: muchos residuos
Clasificación, 1
Clasificación, 2I. Monosacáridos
Compuestos polihidroxicarbonílicos y sus derivados(se corresponden con Osas)
II. GlicósidosUn monosacárido unido a un grupo no glucídico(se corresponden con Heterósidos)
III. OligosacáridosUnos pocos monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos(se corresponden con Oligósidos)
IV. PolisacáridosMuchos monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos(se corresponden con Poliósidos)
D-Glucosa
El monosacárido más abundante de la naturaleza
- Libre: suero sanguíneo y medio extracelular (5 mM)zumo de uva
- Como monómero se presenta en una gran cantidad de oligosacáridos y polisacáridos
La práctica totalidad de las células vivientes son capaces deobtener energía a partir de glucosa.
Hay células que únicamente pueden consumir glucosa, y no moléculas, p.e.: hematíes y neuronas.
Composición química: C6H12O6
Peso molecular: 180
Constitución química:
- Un grupo aldehido, -CHO- Cuatro alcoholes secundarios, -CHOH-- Un alcohol primario, -CH2OH:
CH2OH (CHOH)4 CHO
Tiene, por tanto, cuatro carbonos asimétricos o quirales;lo cual da la posibilidad de 24 = 16 isómeros ópticos
D-Glucosa
Configuración absoluta: disposición 3D en el gliceraldehido
C
CHO
CH2OH
HO H
L-Gliceraldehido
C
CHO
CH2OH
H OH
D-Gliceraldehido
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CHO
CH2OH
D-Glucosa
1
2
3
4
5
6
C
CHO
CH2OH
H OH
D-Gliceraldehido
Configuración y proyección de Fischer
Los carbonos 2, 4 y 5 de la glucosa tienen la misma configuración que el D-Gliceraldehido
El carbono 3 tiene la configuracióndel L-gliceraldehido
C
CHO
CH2OH
HO H
L-Gliceraldehido
CHO
C
C
OHH
OHH
C OHH
C OHH
CH2OH
CHO
C
C
HHO
OHH
C OHH
C OHH
CH2OH
CHO
C
C
OHH
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
CHO
C
C
HHO
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Alosa D-Altrosa D-Glucosa D-Manosa
CHO
C
C
OHH
OHH
C HHO
C OHH
CH2OH
CHO
C
C
HHO
OHH
C HHO
C OHH
CH2OH
CHO
C
C
OHH
HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
CHO
C
C
HHO
HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
D-Gulosa D-Idosa D-Galactosa D-Talosa
D-Aldohexosas
Serie D:El último carbonoasimétrico tiene lamisma configuraciónque elD-gliceraldehido
CHO
C
C
OHH
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Glucosa
CHO
C
C
HHO
OHH
C HHO
C OHHO
CH2OH
L-Glucosa
Enantiómeros (imagen especular)
CHO
C
C
HHO
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Manosa
CHO
C
C
OHH
HHO
C HHO
C OHH
CH2OH
D-Galactosa
CHO
C
C
OHH
HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
D-Glucosa
Epímeros: difieren en un solo carbono asimétrico:- D-Manosa es el 2-epímero de la D-Glucosa- D-Galactosa es el 4-epímero de la D-Glucosa
1. La D-Glucosa no da todas las reacciones de los aldehidos
2. La D-Glucosa presenta el fenómeno de mutarrotación:
- Al disolver D-Glucosa sólida, la rotacióndel plano de polarización de la luz varía con el tiempo.
3. Se pueden obtener dos formas distintas de D-Glucosa:
- Una tiene una rotación de 112º : forma - Otra tiene una rotación de 18.7º: forma
Formas cíclicas de la glucosa
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CH OH
OC OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CHO
CH2OH
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CHO H
O
Carbonoanomérico
Nuevo centro de asimetríaen la D-Glucosa al formarse el ciclo
Forma abierta Forma Forma
Formas cíclicas:Formación de hemiacetal interno
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CH OH
O
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
CH2OH
-D-Glucopiranosa
Proyección de Fischer
Proyección de Haworth
C OHH
C HHO
C OHH
CH
CH2OH
CHO H
OO
H
OH
OH
HOH
H
H
OH
H
CH2OH
-D-Glucopiranosa
Proyección de Fischer
Proyección de Haworth
OO
Conformación silla Conformación bote
eq
ax
O
eq
eq
eq
eqax
ax
ax
ax
Sustituyentes:
- Axiales - Ecuatoriales
Otros monosacáridos
- Según sea la naturaleza de la función carbonilo, tendremos:
1. Aldosas, cuando es un aldehido -CHO2. Cetosas, cuando es una cetona -CO-
- A lo cual se añade el número de átomos de carbono:
Aldotriosas, Aldotetrosas, Cetopentosas, Aldohexosas, etc.
Aldotriosas
CHO
CH OH
CH2OH
CH2OH
C O
CH2OH
D-Gliceraldehido Glicerona(Dihidroxiacetona)
Cetotriosa
CHO
C
C
CH2OH
OHH
OHH
CHO
C
C
CH2OH
HHO
OHH
D-Eritrosa D-Treosa
CH2OH
C O
C OHH
CH2OH
D-Eritrulosa
Aldotetrosas Cetotetrosas
CHO
C
C
OHH
OHH
C
CH2OH
OHH
CHO
C
C
HHO
OHH
C
CH2OH
OHH
CHO
C
C
OHH
HHO
C
CH2OH
OHH
CHO
C
C
HHO
HHO
C
CH2OH
OHH
D-Ribosa D-Arabinosa D-Xilosa D-Lixosa
Aldopentosas
Formas cíclicas de la D-Ribosa
C
C
C
CH2OH
OHH
OHH
OHH
CHO
O H
OHH
OH
H
OH
CH2OH
H
O OH
HH
OH
H
OH
CH2OH
HD-Ribosa
(forma abierta)
-D-Ribofuranosa
-D-Ribofuranosa
Archivo PDB
Aldohexosas
OH
OHOH
H
H
OH
H
CH2OH
OH
H
O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
OH
H
H
OH
D-Manosa(-D-Manopiranosa)
D-Galactosa(-D-Galactopiranosa)
O CH2OH
OHOH
OH
CH2OH
H
H
H
O
OH
OH
CH2OH
H
H
OH
CH2OH
H
-D-Fructofuranosa
-D-Fructofuranosa
CH2OH
C O
C
C
C
CH2OH
HHO
OHH
OHH
D-Fructosa
Cetohexosas:D-Fructosa
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
CH2OH
O
5-Glucoconolactona
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
COOH
Ácido Glucónico
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
COOH
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
COOH
Ácido D-Glucurónico Ácido L-Idurónico
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
CH2OH
C
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
CH2OH
HHO
CH2OH
CHO H
CH2OH
Sorbitol Manitol Glicerol
Derivados por reducción
O OH
HHH
OH
CH2OH
H
H
-D-2-Desoxirribosa
O
H
OH
H
OH
CH3
H
OH
OH
H
Ramnosa(6-Desoxi-L-manosa)
OH
OH
CH3
H
OH
OH
H
H
OH
Fucosa(6-Desoxi-L-galactosa)
Desoxiderivados
Aminoderivados
N-Acetilglucosamina(2-desoxi 2-acetamido D-glucosa)
N-acetilgalactosamina(2-desoxi 2-acetamido D-galactosa)
O
H
H
OHOH
H
H
OH
H
HN C
O
CH3
CH2OH
O
H
H
OHOH
H
H
HN C
O
CH3
CH2OH
OH
H
OOH
C
H
H
H
OH
H
NH C
O
CH3
H
C
C
CH2OH
OHH
OHH
HOO
Ácido Siálico(N-acetil neuramínico)
7. Oligosacáridos
O
H
OH
OH
H
OHH
CH2OH
O
HHO
H
OH
H
OH
HOH
H
CH2OH
H
Lactosa:-D-Galactopiranosil-1,4-D-glucopiranosa
O
H
OH
H
OHOH
H
H
OH
H
CH2 O P
O
O-
O-
O
H
OH
H
OOH
H
H
OH
H
CH2OH
P
O
O-
O-
Glucosa-6-fosfato Glucosa-1-fosfato
O CH2OH
OHOH
OH
CH2O
H
H
P
O
O-
O-
H
O CH2O
OHOH
OH
CH2O
H
H
P
O
O-
O-
P
O
O-
O-H
Fructosa-6-fosfato Fructosa-1,6-bisfosfato
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
H
CH2
OH
H
OH
OH
H
H
OHHO
Trehalosa:-D-Glucopiranosil--D-glucopiranósido
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
Maltosa:-D-Glucopiranosil-(1,4)-D-glucopiranosa
O
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
HO
O
HO
H
OH
H
OH
HOH
H
CH2OH
H
Celobiosa:-D-Glucopiranosil-(1,4)-D-glucopiranosa
Archivo PDB
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
O
CH2OH
OH
HOH
HH
CH2OH
Sacarosa:-D-Glucopiranosil--D-fructofuranósido
O
HN COCH3
OH
OH
CH2
H
HO
O
HN COCH3
OH
CH2
O
NH
C
C
HN
C
C
NH
O
CH2 CO N
H
O
R
HO
Oligosacárido N-ligado(a residuo de asparragina, Asn, N)
H
H
NH
C
C
HN
C
C
NH
O
O
R
CH2 O
HO
O
HN COCH3
OH
OH
CH2HO
O
HN COCH3
OH
CH2
O
Oligosacárido O-ligado(a residuo de serina, Ser, S)
8. Polisacáridos
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OH
n
-Glucanos: Amilosa
-Glucanos: Amilopectina, Glucógeno
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OO.....
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
O
CH2
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O......
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O.......
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
CH2
O CH2
......
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
O CH2O
H
OH
OH
H
H
OH
H
O CH2
O
H
OH
OH
H
H
OH
H
O .....
-Glucanos: Dextrano
O
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
O
HO
H
OH
CH2OH
H O
OH
HOH
H
HO
H
OH
OH
H
H
CH2OH
H
OH
OH
H
OH
OH
H
H
OHH
CH2OH
n
-Glucanos: Celulosa
-Glucanos: Quitina
O
HOH
H
H
CH2OH
H
O
HO
H
NH
CO
CH3
OH
CH2OH
H O
HOH
H
H
NH
CO
CH3
O
HOH
H
H
CH2OH
H
OH
NH
CO
CH3
OH
H
CH2OH
H
OH
NH
CO
CH3
H
OH
n
HO
OOH
OH
CH2OH O
CH2
CH2
O
O
CH2
OH
OH
O
O
CH2
OH
OH
OOH
OH
CH2OH O
CH2
CH2
HO
OOH
OH
CH2OH O
CH2
CH2
O
O
CH2
OH
OH
HO
Inulina
Glicosaminoglicanos:
Ácido Hialurónico
O
O
COO-
H
OH
H OH
H HO
H
O
OH
H NH
CO
CH3
H
H
CH2OH
H
H
O
O
O
COO-
H
OH
H OH
H
H
H
O
OH
H NH
CO
CH3
H
H
CH2OH
H
H
O
Glicosaminoglicanos:
- Condroitin-4-sulfato
O
O
COO-
H
OH
H OH
H HO
H
O
H NH
CO
CH3
H
CH2OH
H
H
OO
S
-OO
O
H
O
O
COO-
H
OH
H OH
H
H
H
O
H NH
CO
CH3
H
CH2OH
H
H
OO
S
-OO
O
H
Glicosaminoglicanos:
- Condroitin-6-sulfato
O
O
COO-
H
OH
H OH
H HO
H
O
H NH
CO
CH3
H
H
H
OOH
H
CH2OS
-O O
O O
O
COO-
H
OH
H OH
H
H
H
O
H NH
CO
CH3
H
H
H
OOH
H
CH2OS
O
O
-O
Glicosaminoglicanos:
- Dermatansulfato
O
OCOO-
OH
H OH
H HO
H
H
O
H NH
CO
CH3
H
H
H
OOH
H
CH2OS
-O O
O O
OCOO-
OH
H OH
H
H
H
H
O
H NH
CO
CH3
H
H
H
OOH
H
CH2OS
O
O
-O
Glicosaminoglicanos:
- Queratansulfato
O
O
OH
H OH
H H
CH2OH
OH
O
H NH
CO
CH3
H
H
H
OOH
H
CH2OS
-O O
O
O
O
OH
H OH
H H
CH2OH
H
H
O
H NH
CO
CH3
H
H
H
OOH
H
CH2OS
O
O
-O
Glicosaminoglicanos:
- Heparan sulfato- Heparina
O
O
OH
H O
H HO
H COO-
H
S OO
O-
O
H NH
H
H
H
O
OH
CH2OS
-O O
O
H
S OO
O-
O
O
OH
H O
H
H
H
COO-
H
S OO
O-
O
H NH
H
H
H
OOH
H
CH2OS
O
O
-O
S OO
O-
Introducción a la Bioenergética
¿Cuándo tiene lugar una reacción química? (1)
- Las reacciones que tienen lugar espontáneamente suelen serexotérmicas, esto es, con desprendimiento de calor.
- El calor que se desprende o absorbe en una reacción a presión constante recibe el nombre de Entalpía (H). Las reacciones enlas que se desprende calor son exotérmicas y por convención, laentalpía se supone negativa: H < 0
- Sin embargo, hay reacciones endotérmicas que cursan espontá-neamente, H > 0; por ejemplo, la disolución de sulfato amónicoen agua.
¿Cuándo tiene lugar una reacción química? (2)
- La disolución de sulfato amónico en agua es un proceso porel cual se pasa de un sistema altamente ordenado, cual es elestado cristalino, a otro de mucho mayor desorden molecular.
- La función termodinámica que mide el desorden de un sistemarecibe el nombre de Entropía (S). Puede observarse que muchasreacciones que cursan espontáneamente lo hacen con incrementopositivo de entropía: S > 0.
- Sin embargo, hay procesos espontáneos que cursan con dismi-nución de entropía, p.e.: la solidificación del agua a 0ºC.
¿Cuándo tiene lugar una reacción química? (3)
- Ni la entropía ni la entalpía valen como criterio único paradefinir la espontaneidad de una reacción.
- Existe otra función termodinámica de estado que agrupa alas dos en procesos a presión constante, la Energía Libre deGibbs, que se define así:
G = H - TS
- La energía libre de Gibbs es un criterio válido para verificarla espontaneidad de una reacción. Pueden cursar espontánea-mente aquellos procesos en los que se desprende energía libre(G < 0); no pueden hacerlo, sin embargo, aquellos procesos enlos que se absorbe energía libre (G > 0)
Sea un sistema
A BLa reacción cursará de izquierda a derecha cuando las concentra-ciones de A y B sean tales que la energía libre del sistema seanegativa. La energía libre del sistema viene dada por:
G = G0 + RT ln [A]
[B]
Donde G0 es la Energía Libre Standard de la reacción: la energíalibre del sistema con los reactivos a concentración unidad, en condi-ciones STP. Hay tablas que nos dan la G0 para toda reacción. Apartir de las mismas podemos calcular si un proceso puede tenerlugar espontáneamente o no en unas determinadas condiciones.
Ejemplo:
Calcular la energía libre del proceso de descomposición deléster Glucosa-6-fosfato a Glucosa y fosfato inorgánico en lascondiciones intracelulares, que son:
Temperatura: 37 ºC, equivalentes a 310 ºK[Glucosa-6-fosfato], 1 mM[Glucosa], 0.01 mM[fosfato], 10 mM
La reacción es:
G6P + H2O G + Pi
La Energía Libre Standard de la reacción es de -3250 cal/mol
La expresión que nos da la Energía Libre es:
G =G0 + RT ln[Glucosa] [Fosfato]
[Glucosa-6-fosfato]
(No se tiene en cuenta el agua porque su concentración seconsidera constante)
Sustituyendo, obtenemos:
G = -3250 + 1.98*310*2.303* log 10-5*10-3
10-2 = -8900 cal/mol
Por lo tanto, en las condiciones intracelulares el proceso puede tener lugar espontáneamente.
Relacionado con el anterior, tendríamos el siguiente problema:
¿Cuál sería la concentración mínima necesaria de glucosa para que, siendo el resto de las condiciones iguales a las del ejemplo anterior, en la célula tuviera lugar la formación de éster por reversión de la hidrólisis?
Esta concentración sería la que diera lugar a un valor de 0 paraG en el ejemplo anterior. Así, llamando X a la conc. de glucosa,
0 = -3250 + 1.98*310*2.303*log X*10-2 10-3
Despejando log X obtenemos log X = 1.3
X = antilog (1.3) = 20 M
La expresión que nos da la energía libre de un proceso tieneotra importante derivación. Para la reacción
G = G0 + RT ln [A]
[B]
A B
Esta expresión es:
En el equilibrio, G = 0; por tanto,
= G0 + RT ln [Aeq][Beq]
Pero[Aeq][Beq] = Keq Por tanto, G0 = -RT ln Keq
Estructuras complejas
Estructuras simples
Catabolismo AnabolismoG
Esquema energético del metabolismo
En general, podemos decir:
Reacciones catabólicas: G < 0
Reacciones anabólicas: G > 0
Supongamos una reacción anabólica mediante la cual se formaun enlace químico entre A y B; esquemáticamente,
A + B A-B (G > 0)
La reacción no puede tener lugar espontáneamente. ¿Cómopuede entonces tener lugar en el metabolismo?
Lo que ocurre en el metabolismo es que las reaccionesendergónicas (G > 0) se acoplan a reacciones exergónicas (G < 0) de manera que :
1. La energía desprendida en una de las reacciones es absorbidapor la otra.
2. La suma total de energías libres de una y otra reacción da unaG < 0, por lo que el proceso en conjunto tiene lugar espontánea-mente.
Así, la reacción
A + B A-B (G1 > 0)
Se acopla a
X-Y + H2O X + Y (G2 < 0)
Dando lugar a una reacción global
A + B + X-Y + H2O A-B + X + Y
Siendo |G2 | > |G1|
(G < 0)
El tipo de reacción
X-Y + H2O X + Y (G2 < 0)
Que tiene lugar en los seres vivos para acoplarse a procesos ender-gónicos es, en la mayoría de los casos, la hidrólisis de anhídridos de ácido, y particularmente, la hidrólisis de polifosfatos :
O-POPO
OO
O-O-
R + H2O O-P
O
O-
HOPO
O
O-
R OH +
El polifosfato mayoritario en las reacciones de acoplamientoenergético es el ATP, 5’-Adenosina trifosfato:
OCH2 N
N
N
N
NH2
OHOH
OPOPOP-O
O O O
O-O-O-
De esta manera, los procesos catabólicos productores de energíageneran ATP, que se empleará en todas aquellas reacciones ender-gónicas en las que sea requerido.
En general, el ATP se produce de dos maneras:
1. Por fosforilación a nivel de substrato (procesos anaeróbicos, fermentativos) Por ejemplo: La Glicolisis
2. Por fosforilación oxidativa (procesos aeróbicos, oxidativos) Por ejemplo: Ciclo de Krebs, - oxidación, etc.
Los dos enlaces anhídrido del polifosfato del ATP son el ejemplode configuraciones de alta energía de hidrólisis:
OPOPOP-O
O O O
O-O-O-
R
Existen otras configuraciones de alta energía, por ejemplo:
Fosfoenolpiruvato
O-PO
O
O-
C
CH2
COO-
O-P
O
O-
NHC
NH
N
CH3
CH2C
O
-O
Fosfocreatina
O-P
O
O-
OC
O
H2N
Carbamilfosfato
R C
O
S CoA
Tioésteres de Coenzima A
Otras configuraciones de alta energía de hidrólisis
Consideremos ahora la reacción de degradación aeróbica de la glucosa:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G0’ = -684 kcal/mol
Según lo hasta ahora expuesto, esta reacción es fuertemente exergónica, por lo que debería cursar espontáneamente.
Sin embargo, la glucosa en presencia de oxígeno es perfectamenteestable y no entra espontáneamente en combustión.
Ello es debido a que los reactivos han de superar una barreraenergética, la Energía de Activación:
Energía
Coordenadade reacción
Ea
G + O2
CO2 + H2OG0
Metabolismo de los carbohidratosMetabolismo de los carbohidratos
-Glucolisis anaerobica o camino de ebdenMeyer-hoff
-Glucolisis aerobica: ciclo de Krebs
-Ciclo de cori
-Glucogenolsìs
-Glucogènesis
-Ciclo de las pentosas
Glucolisis anaerobicaGlucolisis anaerobica
Glucolisis aerobica: ciclo de KrebsGlucolisis aerobica: ciclo de Krebs
FOSFORILACION OXIDATIVAFOSFORILACION OXIDATIVA
la "cadena respiratoria" teníamos un total de 4 ATP´s, 10 NADH´s y 2 FADH´s.la "cadena respiratoria" teníamos un total de 4 ATP´s, 10 NADH´s y 2 FADH´s.
PROCESOMETABOLICO
ATP´s NADH´s FADH´s
Glucólisis 2 2 -
Metabolismo de piruvato a Acetil CoA (x2)
- 2 -
Ciclo de Krebs (x2) 2 6 2
TOTAL: 4 10 2
Vea el siguiente gráfico.
Metabolismo energético: balance final de ATP´s.Como ya habíamos resumido anteriormente, hasta antes de ingresar a la "cadena respiratoria" teníamos un total de 4 ATP´s, 10 NADH´s y 2 FADH´s. Si tomamos en cuenta que cada NADH equivale a 3 ATP´s y cada FADH equivale a 2 ATP´s, tendríamos la siguiente sumatoria: 4 ATP´s (de la glucólisis y formación de Acetil CoA) + 30 ATP´s (provenientes de los NADH´s) + 4 ATP´s (provenientes de los FADH´s).Con un total de 38 ATP´s como producto del metabolismo energético de una molécula de glucosa.
GLUCOGENESISGLUCOGENESIS
GlucogenolisisGlucogenolisis
DIABETES MELLITUSDIABETES MELLITUS
9. Introducción al estudio de los lípidos.Ácidos grasos y eicosanoides
- Característica fundamental es la insolubilidad en agua y la solubilidad en solventes orgánicos
- Químicamente, los lípidos son:
- Derivados por esterificación y otras modificaciones de ácidos orgánicos monocarboxílicos, llamados ácidos grasos
- Derivados por aposición y posteriores modificaciones de unidades isoprenoides
Lípidos
Funciones de los lípidos
1. Energética: combustible de alto valor calórico (10 kcal/g) y de uso diferido. Sólo admiten degradación aeróbica (respiración)
2. Estructural: Forman las membranas plasmáticas de todo tipo de seres vivos
3. Informativa: señales químicas como esteroides, prostaglandinas, retinoides, leucotrienos, calciferoles, etc.
Tratamiento conNaOH en caliente
Tejido o productobiológico
Extracción conClCH3 - C6H14
Faseacuosa
Faseorgánica
Extracción acuosa
Fase orgánica:residuo insaponificable
Fase acuosa: componentesde lípidos saponificables
Saponificación
R CO O CH2
CH + 3NaOHOCOR
CH2OCOR
3 R-COONa + HOCH
CH2OH
CH2OH
Reacción de saponificación
C
O
C
CH2
CH2
O H
O C
O
O C
O
Lípidos saponificables: R CO O R'
R: ácido grasoR’: alcohol
C
O
CH2
CH
C
HOH
HN
O
O
CH2
OH
OH
OH
HO
CC
CC
CC
n
Lípidos insaponificables
n CC
CC
C
CH2OH
HO
Retinol
Colesterol
Clasificación
I. Lípidos saponificables (lípidos C2)
1. Ácidos grasos y eicosanoides2. Lípidos neutros3. Lípidos anfipáticos
a. Fosfolípidosb. Glicolípidos
II. Lípidos insaponificables (lípidos C5)
1. Esteroides2. Terpenos
El efecto hidrofóbico
CO
OH
OC
OH
OC
OH
OC
OH
OC
OH
OC
OH
Enlaces de hidrógeno en ácidos grasos
C2 Acético EtanoicoC4 Butírico ButanoicoC6 Caproico HexanoicoC8 Caprílico OctanoicoC10 Cáprico DecanoicoC12 Láurico DodecanoicoC14 Mirístico TetradecanoicoC16 Palmítico HexadecanoicoC18 Esteárico OctadecanoicoC20 Araquídico EicosanoicoC22 Behénico DocoeicosanoicoC24 Lignocérico Tetraeicosanoico
Ácidos grasos saturados
Estructura de los ácidos grasos saturados
COOH
CH3 (CH2)14 COOHÁcido palmítico, C16
C16:1 Palmitoleico 9-cis hexadecenoicoC18:1 Oleico 9-cis octadecenoico
C18:2 Linoleico 9,12 todo cis octadecadienoicoC18:3 Linolénico 9,12,15 todo cis octadecatrienoicoC20:4 Araquidónico 5,8,11,14 todo cis eicosatetraenoico
Ácidos grasos insaturados
Estructura de los ácidos grasos insaturados
COOH
COOH
COOH
COOH
Oleico
Linoleico
Linolénico
Araquidónico
Ác.oleico Ác.linoleico
Ác.linolénico
Ác.araquidónico
C CHH
R R'HC CH
R
O
R'
HC CH
O O
R R'
O2
O2
Epóxido
Endoperóxido
CHO
CH2
CHO
Malonodialdehido
CHO
4-hidroxi 2-trans nonelal
Enranciamiento de ácidos insaturados
COOH
OHH
COOH
HO
H
Ác. cerebrónico (2-hidroxi lignocérico)
Ác. ricinoleico (12-hidroxi oleico)
Ác. hidroxinervónico
COOH
OHH
9
Hidroxiácidos grasos
COOH
COOH
Ác. lactobacílico
Ác. chaulmógrico
COOH
CH3
Ác. tuberculoesteárico
Ácidos grasos ramificados
COOH R1
R2
O
HO
R1
R2HO
HO
R1
R2
OR1
R2
R1
R2
R1
R2
HO
O
PGE PGF
PGA PGB PGC PGD
Ác. prostanoico
Prostaglandinas
HO
O
COOH
H OH
HO
COOH
H OH
HO
Prostaglandina E
Prostaglandina F2
Prostaglandina E (PGE) Prostaglandina F2 (PGF2)
H OOH
O
O
COOH
H OH
O
O
COOH
PGG2
PGH2
Endoperóxidos deprostaglandina
Lípidos de membrana
Fosfolipasa A2
Ácido araquidónico (C20:4)
PGG2 5-HPETE
PGH2
PGI2 PGE2 +PGF2
TXA2
TXB2
LTA4
LTC4
Cicloxigenasa Lipoxigenasa
Salicilatos
-
Glucocorticoides
-
O
OH
HO
H OH
COOH
O
O
H OH
COOH
TBXB2
TBXA2
Tromboxanos
S
CH2
HC CO NH CH2 COOH
HN CO CH2 CH2 CH COOH
NH2
Leucotrieno C4
11. Lípidos isoprenoides
Lípidos isoprenoides
Formados por aposición de unidades isoprenoides:
H3CC
CH3
CHCH3
HO CHO
Colesterol
11-cis retinal
Unión cabeza-cola
Unión cola-cola
C5 Monoprenoides HemiterpenosC10 Diprenoides MonoterpenosC15 Triprenoides SesquiterpenosC20 Tetraprenoides Diterpenos
C30 Hexaprenoides TriterpenosC40 Octaprenoides Tetraterpenos
Lípidos isoprenoides: nomenclatura
H2CC
CH2
CH2CH2OHCH2OH
CH2OH
CH2OH
Isopentenol
Geraniol
Farnesol
Escualeno
Esteroides
Compuestos hexaprenoides estructurados en unsistema polialicíclico, ciclopentano perhidrofenantreno
- Esteroles o alcoholes esteroideos- Calciferoles o vitaminas D- Ácidos biliares- Esteroides hormonales, que incluyen:
- Glucocorticoides- Mineralocorticoides- Gestágenos- Estrógenos- Andrógenos
HOH
12
34
56
7
89
10
1112
1314 15
1617
18
19
20
2122
23
24
2526
27
Numeración
HHO
Colestanol
CH3
H
A B
CH3
H
Serieallo
HOH
Coprostanol
CH3
H
A B
CH3
HSerienormal
HOColesterol
CH2
Colecalciferol
CH2
OH
25-hidroxicolecalciferol
CH2
OH
HO
1,25 dihidroxicolecalciferol
Colesterol
7-dehidrocolesterol
Colecalciferol
25-hidroxicolecalciferol
1,25-dihidroxicolecalciferol
Luz ultravioleta
Estímulo transcripcional desíntesis de transportador
intestinal de calcio
COO-
HOHHO
OH
CO
HHO OH
OHNH CH2 COO-
CO
HHO OH
OHNH CH2 CH2 S
O
O
O-
Ác.cólico
Ác.taurocólico
Ác.glicocólico
Ácido cólico(visto por la cara polar)
C O
CH2OH
O
HO OH
O
C O
CH2OH
CHO
HO
Cortisol
Aldosterona
Glucocorticoides
Mineralocorticoides
Progesterona
C O
O
CH3
Gestágenos
OH
HO 17- estradiol
Estrógenos
O
OH
Testosterona
Andrógenos
Terpenos
Compuestos poliprenoides no esteroideos, que incluyen:
- Retinoides o vitaminas A- Tocoferoles o vitaminas E- Naftoquinonas o vitaminas K
CH2OH
Retinol
-caroteno
CHO
CHO11-cis retinal
todo-trans retinal
HCN
CHCO
HNHC
OCNH
CH
NHOC
HCHN
CO
R
R
R
Uniónretinal-opsina
11-cis retinal
Opsina
Rodopsina (11-cis)
Rodopsina*
todo-trans retinal
Opsina
h
(cuanto de luz)
Retinalisomerasa
El ciclo visual, 1
Impulsonervioso
Rodopsina* + Transducina + cGMPfosfodiesterasa
cGMP (canaliónico abierto)
5’-GMP (canaliónico cerrado)
Impulsonervioso
El ciclo visual, 2
-tocoferol
O
CH3
H3C
HO
CH3
3
Radical librelipídico, L*
Radical libreoxigenado, L-O-O*
O2
Lípidointacto, L
HidroperóxidoL-O-O-H
Enranciamiento
Peroxidación encadena de lípidos
Naftoquinona
O
O
CH3
n
O
O
CH3
Menadiona
O
OH
CH2
OOO
OH
Dicumarol
COO-
HC COO-
CH2
HC NH3+
COO-
Ác. -carboxiglutámico
O P
O
O-
O-16
Dolicol fosfato
10. Lípidos neutros. Lípidos anfipáticos
CH2OH
CHO H
CH2OH
sn-1
sn-2
sn-3
Convención sn- para el glicerol
HO
CH2
CH
CH2OH
O CO
CO
CH2OH
CH
CH2OH
O
HO
CH2OH
CH
CH2 O CO
Monoacilgliceroles
CH2
CH
CH2OH
O
O CO
CO
CH2
CH
CH2
O CO
O CO
HO
CH2OH
CH
CH2 O CO
OCO
Diacilgliceroles
CH2
CH
CH2
O CO
O CO
OCO
CH2
CH
CH2
O CO
O CO
OCO
CO
CH2
CH
CH2
O
O
O
CO
CO
Triacilgliceroles
CO O
CH3 (CH2)14 CO O (CH2)15 CH3
Ceras
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
CH2 CH2 N+
CH3
CH3
CH3
CO
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
CH2 CH2 N+
CH3
CH3
CH3
R
COR'
Fosfatidil colina o Lecitina
Ácido fosfatídico Colina
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
CH2 CH2 NH3+
R
COR'
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
CH2 CH
NH3+
COO-
R
COR'
Fosfatidil etanolamina o cefalina
Fosfatidil serina
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
CH2
COH
CH2OH
R
COR'
H
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
CH2
COH
CH2 O P
O
O-
O CH2
C O
CH2 O
R
CO R'''
COR'
H
H CO R''
Fosfatidil glicerol
Difosfatidil glicerolo cardiolipina
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
R
COR' OH OH
OH
OH
OH
CH2
CH
CH2
O
OCO
O P
O
O
O-
R
COR' OH O
OH
O
OH
PO3-
-O3P
OH O
OH
O
OH
PO3-
-O3P
O-O3P
Fosfatidil inositol
Fosfatidil inositol bisfosfato
IP3
CH2
CH
CH2
O
O
O P
O
O
O-
CH2 CH2 N+
CH3
CH3
CH3
CO
Plasmalógeno de colina
C
CH
CH2
NH
O P
O
O
O-
CH2 CH2 N+
CH3
CH3
CH3
H
OH
CO
Esfingomielina
CH2OH
CHO
CH2O
Difitanil gliceril éter
CH2
CH
CH2
HO
OCO
O P
O
O
O-
CH2 CH2 N+
CH3
CH3
CH3
CH2
CH
CH2
O
HO
O P
O
O
O-
CH2 CH2 NH3+
CO
Lisolecitina
Lisocefalina
O S
O
O
O-
N+
CH3
CH3
CH3
Dodecil sulfato sódico (SDS)
Cetil trimetilamonio (CTA)
C
H
OH
CH2N H
CH2OH
C
H
OH
CH2N H
CH2OH
C
H
OH
CHN H
CH2OH
CO
Esfinganina
Esfingosina
Ceramida (N-acil esfingosina)
C
CH
CH2
NH
O
H
OH
CO
O
OH
OH
OH
CH2HO
Cerebrósido(-galactosil ceramida)
Gal 4 Gal Cer
GalNac 3 Gal 4 Gal 4 Glc Cer
Gal 3 GalNac 4 Gal 4 Glc Cer
Gal 3 GlcNac 3 Gal 4 Glc Cer
Gal 4 GlcNac 3 Gal 4 Glc Cer
Gala
Globo
Ganglio
Lacto
Neolacto
Glicolípidos
Gal 3 GalNac 4 Gal 4 Glc Cer
NeuAc
3
NeuAc
8
Gal 3 GalNac 4 Gal 4 Glc Cer
NeuAc
3
Gangliósido GM1
Gangliósido GD1
Gangliósido GD1
Monómero
Micela Micela inversa
Monómero
Monocapa Bicapa
Bicapa solvatada,fase cristal líquido
Bicapa solvatada,fase fluida
0 1 2
0
1
Temperatura (unidades arbitrarias)
Fluidez demembrana(Unidadesarbitrarias)
Bicapa
Bicapa +colesterol
Fluidez de membrana en función de la temperatura
13. Aminoácidos
COO-
C
R
H3N+ H
AminoácidosGrupo carboxilo
(disociado)
Grupo amino(protonado)
Cadenalateral
Carbono
L-Alanina L-Gliceraldehido
Aminoácidos: estereoisomería
CH2N H
COOH
R
CHO H
CHO
CH2OH
L-Alanina D-Alanina
Aminoácidos: estereoisomería
C
COO-
+H3N H
CH3
C
COO-
CH3
NH3+H
COO-
C+H3N H
CH OH
CH3
COO-
C+H3N H
CH CH3
CH2
CH3
L-Treonina L-Isoleucina
COO-
CH3N+ H
H
COO-
CH3N+ H
CH3
COO-
CH3N+ H
CHH3C CH3
GlicinaGly, G
NE
AlaninaAla, A
NE
ValinaVal, V
E
Aminoácidos alifáticos o neutros, 1
Aminoácidos alifáticos o neutros, 2
COO-
CH3N+ H
CH2
CHH3C CH3
COO-
CH3N+ H
CHH3C CH2
CH3
LeucinaLeu, L
E
IsoleucinaIle, I
E
Aminoácidos alifáticos
Su característica fundamental es la hidrofobicidad dela cadena lateral (con excepción de G)
Suelen ocupar el interior de las proteínas globulares, donde contribuyen a la estructura global de la proteínadebido al efecto hidrofóbico (“micela proteica”)
Reactividad química muy escasa
Glicina tiene un destacado papel estructural: suele serinvariante en series filogenéticas
COO-
CH3N+ H
CH2
COO-
CH3N+ H
CH2
OH
COO-
CH3N+ H
CH2
NHFenilalanina
Phe, FE
TirosinaTyr, Y
NETriptófano
Trp, WE
Aminoácidos aromáticos
Aminoácidos aromáticos
La presencia de sistemas aromáticos hace que absorbanluz UV en torno a 280 nm; la absorción UV de las proteínasse debe a su contenido en estos aminoácidos
F y W son hidrofóbicos
COO-
CH3N+ H
CH2OH
COO-
CH3N+ H
C OHH
CH3
SerinaSer, S
NE
TreoninaThr, T
E
Hidroxiaminoácidos
Hidroxiaminoácidos
El grupo -OH de la serina es fundamental en el centroactivo de muchas enzimas (serin proteinasas, p.e.)
Forma enlaces glicosídicos con oligosacáridos en ciertasglicoproteínas
El grupo -OH tanto de S como de T es susceptible defosforilación: importante modificación postraduccionalque regula la actividad de muchas proteínas
COO-
CH3N+ H
CH2
SH
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
S
CH3
CisteínaCys, C
NE
MetioninaMet, M
E
Tioaminoácidos
Tioaminoácidos
Importante papel estructural de la cisteína por la posibilidad de formar enlaces disulfuro con otro residuo de cisteína
La cisteína participa en el centro activo de muchasenzimas
La metionina es el aminoácido iniciador de la síntesisde proteínas (codon AUG)
Aminas secundarias (“Iminoácidos”)
ProlinaPro, P
NE
NH2+
COO-
COO-
CH3N+ H
CH2
COO-
COO-
CH3N+ H
CH2
CONH2
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
COO-
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
CONH2
Ác.AspárticoAsp, P
NE
AsparraginaAsn, N
NE
Ác.GlutámicoGlu, E
NE
GlutaminaGln, Q
NE
Aminoácidos dicarboxílicos y amidas
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
CH2
CH2
NH3+
COO-
CH3N+ H
CH2
CH2
CH2
NH
C+H2NNH2
COO-
CH3N+ H
CH2
HNNH+
LisinaLys, K
E
ArgininaArg, RE(?)
HistidinaHis, H
E
Aminoácidos dibásicos
Aminoácidos apolares o hidrofóbicos:
- A, V, L, I, F, W, M, P
Aminoácidos polares sin carga eléctrica:
- G, Y, S, T, C, N, Q
Aminoácidos polares con carga eléctrica:
- Aniónicos (-): D, E- Catiónicos (+): K, R, H
Clasificación de aminoácidos según polaridad
C
COO-
+H3N H
CH2
CH2
CH2
NH3+
C
COO-
+H3N H
CH2
CH2
CH2
NHCO
NH2
C
COO-
+H3N H
CH2
CH2
SH
C
COO-
+H3N H
CH2
CH2OH
Aminoácidos no proteicos: intermediarios metabólicos
Ornitina Citrulina
Homocisteína Homoserina
C
COO-
+H3N H
CH2
OH
HO
Aminoácidos no proteicos: DOPA
L-DOPA(dihidroxifenilalanina)
Catecolaminas
Hormonastiroideas
Melanina
COO-
CH2
CH2
NH3+
COO-
CH2
CH2
CH2
NH3+
-Aminoácidos
-Alanina GABA-Aminobutirato
NHNH
NO
O CH2
NHN
O CO
NH2
TRH (Hormona liberadora de tirotropina)
Piroglutamil-histidil-prolinamida
DRVYHPFHL DRVYHPF
HL
ECA
Angiotensina I Angiotensina II
RPPGFSPFR
KRPPGFSPFR
Bradiquinina
Kalidina
Péptidos vasoactivos
YGGFL (Leucin-encefalina)
YGGFM (Metionin-encefalina)
Neurotransmisores peptídicos
14. Estructura deproteínas, 1
Niveles estructurales en las proteínas
Estructura primaria: Secuencia de aminoácidos
Estructura secundaria: Plegamiento básico de la cadenadebido a enlaces de hidrógeno entre grupos -CO- y -NH-de la unión peptídica: hélices, láminas y giros
Estructura terciaria: Estructura tridimensional de la proteína
Estructura cuaternaria: Asociación de distintas subunidades,siendo cada una un polipéptido.
5’-AAGGGTACCCAACATTTAGTT-3’3’-TTCCCATGGGTTGTAAATCAA-5’
5’-AAGGGUACCCAACAUUUAGUU-3’
N Lys.Gly.Ser.Gln.His.Leu.Val C
DNA
RNA
Proteína
Estructura primaria
FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA
S
S
GIVEQCCASVCSLYQLENYCN
S S
S
S
Estructura primaria de la insulina
Hoy día, la mayor parte de estructuras primarias de proteínasse determina a partir de la secuencia de nucleótidos en el genoma.
Técnicamente la secuenciación de ácidos nucleicos (en particular,la de DNA) es mucho más sencilla y barata que la de proteínas, estando al alcance de cualquier laboratorio.
Cálculos a partir de estructura primaria
- Número, porcentaje y fracción molar de aminoácidos
- Fórmula molecular y peso molecular
- pI (punto isoeléctrico) teórico
- Absorbancia molar teórica
- Vida media teórica
- Índices de inestabilidad e hidrofobicidad
-Hélice
= -57º= -47º
Paso de rosca: 0.54 nmTraslación por residuo: 0.15 nmResiduos por vuelta: 3.6Enlaces H: n a n+3
Hélice 310
= -49º = -26º
Paso de rosca: 0.59 nmTraslación por residuo: 0.19Residuos por vuelta: 3
N
C
Mioglobina
Proteína globular con alto contenido en
-hélice
Fibrinógeno
Proteína fibrosacon alto contenido
en -hélice
Colágeno
Estructuras suprasecundarias
- Hélice-vuelta-hélice- Siete hélices transmembrana y hélice anfipática- Cremallera de leucina- Unidad - Meandro - Dedo de Zn- Mano EF
N
C
Hélice-vuelta-hélice
Siete hélices transmembrana(bacteriorrodopsina)
-héliceanfipática
Ladohidrofóbico
Lado polar
Cremallera de leucina
Motivo
15. Propiedades de las proteínas
Proteínas ácidas: punto isoeléctrico (pI) inferior a 7Ricas en Asp y Glu; al pH celular presentancarga negativa neta.
Proteínas básicas: punto isoeléctrico (pI) superior a 7Ricas en Arg y Lys; al pH celular presentancarga positiva neta.
En el medio biológico, son, porlo general, más abundantes lasproteínas ácidas.
Electroforesis
1. Se realiza sobre un soportesólido o semisólido, para mini-mizar efectos de difusión
Muestra
+-2. Se somete el conjunto aun campo eléctrico constante, a un pH fijo; las proteínas migranconforme a su carga eléctrica
3. Terminada la carrera electro-forética, las proteínas se tiñencon un colorante adecuado(p.e., Azul de Coomassie)
Fundamento de la cromatografíaMuestra:
tres componentesmezclados
Fase móvil
Faseestacionaria
Se hace fluir una fasemóvil sobre la estacionaria
Dependiendo de la afinidadrelativa por ambas fases, loscomponentes de la mezcla
primitiva se separan
Se dispone una mezclasobre una fase estacionaria
1. Intercambio iónico- Separa según carga eléctrica- Fase estacionaria: grupos cargados unidos a un soporte insoluble- Fase móvil: gradiente de sal o de pH
2. Partición- Separa según solubilidad en solventes- Fase estacionaria: Un solvente sobre un soporte sólido- Fase móvil: El otro solvente fluyendo
Tipos de cromatografía
3. Afinidad- Separa según la afinidad de la proteína por un ligando inmovilizado- Fase estacionaria: ligando unido a soporte insoluble- Fase móvil: (1) solución sin ligando (2) solución con ligando libre
4. Hidrofóbica- Separa según hidrofobicidad- Fase estacionaria: grupos hidrofóbicos unidos a un soporte insoluble- Fase móvil: gradiente inverso de sal
5. Exclusión molecular- Separa según tamaño molecular- Fase estacionaria: dextrano o agarosa entrecruzados- Fase móvil: solución tamponada
+
+
+
+
++
+
+
+
---
-
----
--
-
+
+
+
+
++
+
+
+
-
--
-
---
---
- -- -
-
-
--
-
+
+
+
+
++
+
+
+
-
-
--
-
-
---
-
-
---
-
- -
--
-
Proteínas adsorbidasal intercambiador
iónico
A baja concentraciónde sal, se desprenden las proteínas menos
electronegativas
A mayor concentraciónde sal se desprenden
las proteínas máselectronegativas
Intercambio iónico
O
O HN NH
SO3-
N
N
N
NH
SO3-
O CH2
Cibacron Blue F3GA
Matriz de agarosa
Cromatografía de adsorción a colorantes
1 2 3
Cromatografía de afinidad
Cromatografía de exclusión molecular
+
-
+
-
+
-
Introducción a la Bioenergética
¿Cuándo tiene lugar una reacción química? (1)
- Las reacciones que tienen lugar espontáneamente suelen serexotérmicas, esto es, con desprendimiento de calor.
- El calor que se desprende o absorbe en una reacción a presión constante recibe el nombre de Entalpía (H). Las reacciones enlas que se desprende calor son exotérmicas y por convención, laentalpía se supone negativa: H < 0
- Sin embargo, hay reacciones endotérmicas que cursan espontá-neamente, H > 0; por ejemplo, la disolución de sulfato amónicoen agua.
¿Cuándo tiene lugar una reacción química? (2)
- La disolución de sulfato amónico en agua es un proceso porel cual se pasa de un sistema altamente ordenado, cual es elestado cristalino, a otro de mucho mayor desorden molecular.
- La función termodinámica que mide el desorden de un sistemarecibe el nombre de Entropía (S). Puede observarse que muchasreacciones que cursan espontáneamente lo hacen con incrementopositivo de entropía: S > 0.
- Sin embargo, hay procesos espontáneos que cursan con dismi-nución de entropía, p.e.: la solidificación del agua a 0ºC.
¿Cuándo tiene lugar una reacción química? (3)
- Ni la entropía ni la entalpía valen como criterio único paradefinir la espontaneidad de una reacción.
- Existe otra función termodinámica de estado que agrupa alas dos en procesos a presión constante, la Energía Libre deGibbs, que se define así:
G = H - TS
- La energía libre de Gibbs es un criterio válido para verificarla espontaneidad de una reacción. Pueden cursar espontánea-mente aquellos procesos en los que se desprende energía libre(G < 0); no pueden hacerlo, sin embargo, aquellos procesos enlos que se absorbe energía libre (G > 0)
Sea un sistema
A BLa reacción cursará de izquierda a derecha cuando las concentra-ciones de A y B sean tales que la energía libre del sistema seanegativa. La energía libre del sistema viene dada por:
G = G0 + RT ln [A]
[B]
Donde G0 es la Energía Libre Standard de la reacción: la energíalibre del sistema con los reactivos a concentración unidad, en condi-ciones STP. Hay tablas que nos dan la G0 para toda reacción. Apartir de las mismas podemos calcular si un proceso puede tenerlugar espontáneamente o no en unas determinadas condiciones.
Ejemplo:
Calcular la energía libre del proceso de descomposición deléster Glucosa-6-fosfato a Glucosa y fosfato inorgánico en lascondiciones intracelulares, que son:
Temperatura: 37 ºC, equivalentes a 310 ºK[Glucosa-6-fosfato], 1 mM[Glucosa], 0.01 mM[fosfato], 10 mM
La reacción es:
G6P + H2O G + Pi
La Energía Libre Standard de la reacción es de -3250 cal/mol
La expresión que nos da la Energía Libre es:
G =G0 + RT ln[Glucosa] [Fosfato]
[Glucosa-6-fosfato]
(No se tiene en cuenta el agua porque su concentración seconsidera constante)
Sustituyendo, obtenemos:
G = -3250 + 1.98*310*2.303* log 10-5*10-3
10-2 = -8900 cal/mol
Por lo tanto, en las condiciones intracelulares el proceso puede tener lugar espontáneamente.
Relacionado con el anterior, tendríamos el siguiente problema:
¿Cuál sería la concentración mínima necesaria de glucosa para que, siendo el resto de las condiciones iguales a las del ejemplo anterior, en la célula tuviera lugar la formación de éster por reversión de la hidrólisis?
Esta concentración sería la que diera lugar a un valor de 0 paraG en el ejemplo anterior. Así, llamando X a la conc. de glucosa,
0 = -3250 + 1.98*310*2.303*log X*10-2 10-3
Despejando log X obtenemos log X = 1.3
X = antilog (1.3) = 20 M
La expresión que nos da la energía libre de un proceso tieneotra importante derivación. Para la reacción
G = G0 + RT ln [A]
[B]
A B
Esta expresión es:
En el equilibrio, G = 0; por tanto,
= G0 + RT ln [Aeq][Beq]
Pero[Aeq][Beq] = Keq Por tanto, G0 = -RT ln Keq
Estructuras complejas
Estructuras simples
Catabolismo AnabolismoG
Esquema energético del metabolismo
En general, podemos decir:
Reacciones catabólicas: G < 0
Reacciones anabólicas: G > 0
Supongamos una reacción anabólica mediante la cual se formaun enlace químico entre A y B; esquemáticamente,
A + B A-B (G > 0)
La reacción no puede tener lugar espontáneamente. ¿Cómopuede entonces tener lugar en el metabolismo?
Lo que ocurre en el metabolismo es que las reaccionesendergónicas (G > 0) se acoplan a reacciones exergónicas (G < 0) de manera que :
1. La energía desprendida en una de las reacciones es absorbidapor la otra.
2. La suma total de energías libres de una y otra reacción da unaG < 0, por lo que el proceso en conjunto tiene lugar espontánea-mente.
Así, la reacción
A + B A-B (G1 > 0)
Se acopla a
X-Y + H2O X + Y (G2 < 0)
Dando lugar a una reacción global
A + B + X-Y + H2O A-B + X + Y
Siendo |G2 | > |G1|
(G < 0)
El tipo de reacción
X-Y + H2O X + Y (G2 < 0)
Que tiene lugar en los seres vivos para acoplarse a procesos ender-gónicos es, en la mayoría de los casos, la hidrólisis de anhídridos de ácido, y particularmente, la hidrólisis de polifosfatos :
O-POPO
OO
O-O-
R + H2O O-P
O
O-
HOPO
O
O-
R OH +
El polifosfato mayoritario en las reacciones de acoplamientoenergético es el ATP, 5’-Adenosina trifosfato:
OCH2 N
N
N
N
NH2
OHOH
OPOPOP-O
O O O
O-O-O-
De esta manera, los procesos catabólicos productores de energíageneran ATP, que se empleará en todas aquellas reacciones ender-gónicas en las que sea requerido.
En general, el ATP se produce de dos maneras:
1. Por fosforilación a nivel de substrato (procesos anaeróbicos, fermentativos) Por ejemplo: La Glicolisis
2. Por fosforilación oxidativa (procesos aeróbicos, oxidativos) Por ejemplo: Ciclo de Krebs, - oxidación, etc.
Los dos enlaces anhídrido del polifosfato del ATP son el ejemplode configuraciones de alta energía de hidrólisis:
OPOPOP-O
O O O
O-O-O-
R
Existen otras configuraciones de alta energía, por ejemplo:
Fosfoenolpiruvato
O-PO
O
O-
C
CH2
COO-
O-P
O
O-
NHC
NH
N
CH3
CH2C
O
-O
Fosfocreatina
Consideremos ahora la reacción de degradación aeróbica de la glucosa:
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O G0’ = -684 kcal/mol
Según lo hasta ahora expuesto, esta reacción es fuertemente exergónica, por lo que debería cursar espontáneamente.
Sin embargo, la glucosa en presencia de oxígeno es perfectamenteestable y no entra espontáneamente en combustión.
Metabolismo de los carbohidratosMetabolismo de los carbohidratos
-GLUCOLISIS ANAEROBICA O CAMINO DE EBDEM-MEYERHOFF
-GLUCOLISIS AEROBICA O CICLO DE KREBS
-CICLO DE CORI O LACTICO
-GLUCOGENESIS
-NEOGLUCOGENESIS
-GLUCOGENOLISIS
-CICLO DE LAS PENTOSAS
Glucolisis anaerobicaGlucolisis anaerobica
Glucolisis aerobicaGlucolisis aerobica
Glucolisis aerobicaGlucolisis aerobica
• Metabolismo energético: balance final de ATP´s.• Como ya habíamos resumido anteriormente, hasta antes de
ingresar a la "cadena respiratoria" teníamos un total de 4 ATP´s, 10 NADH´s y 2 FADH´s.
• Si tomamos en cuenta que cada NADH equivale a 3 ATP´s y cada FADH equivale a 2 ATP´s, tendríamos la siguiente sumatoria: 4 ATP´s (de la glucólisis y formación de Acetil CoA) + 30 ATP´s (provenientes de los NADH´s) + 4 ATP´s (provenientes de los FADH´s).
• Con un total de 38 ATP´s como producto del metabolismo energético de una molécula de glucosa.
• Fácil ¿verdad?.
GlucogenesisGlucogenesis
GlucogenolisisGlucogenolisis
GluconeogenesisGluconeogenesis
Metabolismo de lipidosMetabolismo de lipidos
Acetil Coenzima AAcetil Coenzima A
METABOLISMO DE LAS METABOLISMO DE LAS PROTEINASPROTEINAS
Metabolismo de proteinasMetabolismo de proteinas
• Transaminaciòn
DesaminacionDesaminacion
NH2
C02 +2NH
3 C=O
NH2
Metabolismo de las proteinasMetabolismo de las proteinas
- Ciclo de la Urea- Ciclo del Acido ùrico- Ciclo de la creatinina- Ciclo de las Xantinas
Metabolismo de las proteinasMetabolismo de las proteinas
CICLO DE LA UREA:
-Lo realizan los organismos ureotèlicos,uricotèlicos y amoniotèlicos
-Es un proceso de desaminaciòn del amonio a urea
-En los mamìferos como el hombre se realiza en el higado a fin de for
mar substancias menos tòxicas
-El àcido glutàmico juega un papel importante en el ciclo de la urea
-Interviene la enzima glutaminasa,carbamil fosfato sintetàsia(mitocon
dria),Ornitina transcarbamilasa,Arginico- succinico sintetasa,Arginosuc
cinasa,Arginasa
Ciclo de la ureaCiclo de la urea
Metabolismo de las proteìnasMetabolismo de las proteìnas
Ciclo de la ureaCiclo de la urea
Deficiencia de ornitinatranscarbamilasa (OTC).Citrulinemia Deficiencia de arginasa Aciduria argininosuccínica Deficiencia de carbamil-fosfato sintetasa (CPS) Deficiencia de N-acetil-glutamato sintetasa (NAGS)
Trastornos del metabolismo de la Trastornos del metabolismo de la ureaurea
Acido ùricoAcido ùrico
Enfermedad de la GotaEnfermedad de la Gota
CreatininaCreatinina
• Deriva del metabolismo de la creatina• Abunda en el mùsculo como fosfocreatina• Es una forma de almacèn energètico en el mùsculo• Su depuraciòn renal es a los 25 a 30 ml/minuto de la sangre• Sus cìfras normales en sangre son de 25-35mgs/dl• Es un parametro que nos permite indicar el grado de depuraciòn o
filtrado glomerular y se excreta por tùbulo contorneado proximal
su disminuciòn en orina indica disminuciòn del filtrado con creatinè
mia sanguinea= insuficiencia renal.
CreatinaCreatina
Introducción a la Enzimología
Clasificación y nomenclatura de enzimasReacciones enzimáticas
ATP: hexosa fosfotransferasa
Nombre sistemático:
Donador Aceptor
Grupo transferido
EC 2.7.1.1
Número sistemático
EnzymeComission
Grupo Subgrupo
Sub-subgrupo
Enzima
Nombre común: Hexokinasa
1. Oxidorreductasas
2. Transferasas
3. Hidrolasas
4. Liasas
5. Isomerasas
6. Ligasas
Clasificación de enzimas:Grupos
Grupo 1: Oxidorreductasas
Catalizan reacciones de oxidorreducción
En las reacciones redox, siempre tienen que estarpresentes a la vez el aceptor y el dador electrónico.
Ared + Box Aox + Bred
A : es el reductor o dador electrónico; en el cursode la reacción se oxida (pierde electrones)
B : es el oxidante o aceptor electrónico; en el cursode la reacción se reduce (gana electrones)
Dador: Aceptor oxidorreductasa
Glucosa : O2 oxidorreductasa
Dador Aceptor Nombre común:Glucosa oxidasa
Los subgrupos se forman según la naturaleza del dador:
1.1.-.- Sobre grupos alcohol1.2.-.- Sobre grupos aldehido1.3.-.- Sobre grupos -CH-CH-etc.
EC 1.1.3.4
Nomenclatura alternativa en oxidorreductasas:
1. Deshidrogenasas
2. Oxidasas
3. Peroxidasas
4. Oxigenasas
5. Hidroxilasas
6. Reductasas
Grupo 2: Transferasas
Catalizan reacciones de transferencia de grupo:
A-X + B A + B-X
Dador: Aceptor - Grupo transferido - transferasa
ATP: D-Hexosa Fosfotransferasa EC 2.7.1.1
Nombre común: hexokinasa
Clasificación de las transferasas
2.1.-.- Grupos monocarbonados2.2.-.- Grupos aldehido o ceto2.3.-.- Aciltransferasas2.4.-.- Glicosiltransferasas2.5.-.- Alquil- o Ariltransferasas2.6.-.- Grupos nitrogenados2.7.-.- Grupos fosfato2.8.-.- Grupos sulfato
Grupo 3: Hidrolasas
Catalizan reacciones de hidrólisis
A-B + H2O A-OH + H-B
No se suelen utilizar nombres sistemáticos en lashidrolasas. Muchas de ellas conservan el nombreprimitivo: Tripsina, Pepsina, Papaína, etc.
Clasificación de las hidrolasas
3.1.-.- Esterasas (carboxilesterasas, fosfoesterasas, sulfoesterasas)3.2.-.- Glicosidasas3.3.-.- Éter hidrolasas3.4.-.- Péptido hidrolasas3.5.-.- Acil anhídrido hidrolasasetc.
Péptido hidrolasas: clasificación común (no sistemática)
I. Según la situación del enlace atacado:
- Exopeptidasas (en los extremos de la cadena) (Peptidasas)- Endopeptidasas (en el interior de la cadena) (Proteinasas)
II. Según el mecanismo catalítico:
- Serin proteinasas- Tiol proteinasas- Aspartil proteinasas- Metaloproteinasas
Grupo 4: Liasas
Catalizan reacciones reversibles de adición de un grupo aun doble enlace:
A=B + X AXB
COO-
CH
CH
COO-
H2O COO-
CH
CH2
COO-
HO
Fumarato(trans-)
L-Malato
Algunas reacciones liásicas:
- Descarboxilasas- Aldolasas- Anhidrasa carbónica- Adenilato ciclasa
Grupo 5: Isomerasas
Catalizan reacciones de isomerización
Algunas reacciones isomerásicas:
- Racemasas- Oxidorreductasas intramoleculares- Mutasas o transferasas intramoleculares
Grupo 6: Ligasas
Catalizan la unión de dos grupos químicos a expensasde la hidrólisis de un enlace de alta energía.
A + B + ATP A-B + ADP + Pi
O bien
C + D + ATP C-D + AMP + PPi
Algunas reacciones ligásicas:
- Aminoacil-tRNA sintetasas- Glutamina sintetasa- Carboxilasas
Regulación de la actividad enzimática, 2
Suele haber fenómenos de modificación covalente deenzimas en la respuesta celular a señales químicas:
1. Neurotransmisores2. Hormonas3. Factores de crecimiento4. Estímulos morfogenéticos y de diferenciación5. Muerte celular programada (apoptosis)6. Estímulos antigénicos7. Luz y otros agentes físico-químicos
Formas de modificación covalente, 1
Fosforilación: Protein kinasas
Sobre residuos de Ser, Thr y Tyr
Ser
ATP ADP
Ser
C
N
C
C
N
C
C
N
CH2OH
O
H
R
H
O
R'
H
H
H
H
C
N
C
C
N
C
C
N
CH2O
O
H
R
H
O
R'
H
P O-
O
O-
H
H
H
Formas de modificación covalente, 2
Defosforilación: Protein fosfatasas
Sobre residuos previamente fosforilados: Ser-P, Thr-P, Tyr-P
Ser Ser
C
N
C
C
N
C
C
N
CH2OH
O
H
R
H
O
R'
H
H
H
H
C
N
C
C
N
C
C
N
CH2O
O
H
R
H
O
R'
H
P O-
O
O-
H
H
H
H2O Pi
Formas de modificación covalente, 3
Adenilación: Sistema de la Glutamina sintetasa
Tyr O
OH OH
N
N N
N
H2NC
N
C
C
N
C
C
N
O
H
R
H
O
R'
H
CH2 O P
O
O-
O CH2
H
H
H
Formas de modificación covalente, 4
ADP-ribosilación: actúa NAD+ como donador delgrupo ADP-ribosa
H
H
H
O
OH OH
N
N N
N
H2N
+
C
N
C
C
N
C
C
N
O
H
R
H
O
R'
H
NHC
NH2
N
O
OH OHCH2 O P O P O CH2
O O
O-O-H
Formas de modificación covalente, 5
Rotura proteolítica:
Proteinasaespecífica
+
N C
N N CC
Zimógeno
Enzima activada
La mayoría de las señales químicas operan sobre unreceptor situado en la parte externa de la membrana.
Al operar sobre este receptor determinan la aparición en el interior celular de un segundo mensajero, que desencadenala respuesta celular a la señal.
Concepto de Segundo Mensajero
Algunos segundos mensajeros:
- Nucleótidos cíclicos: cAMP, cGMP- Ca++- Diacilglicerol- Inositolfosfatos- Óxido nítrico, etc.
R R
Efector
E I
X
P
I E
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OHO
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O ....
+
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
HO O P
O
O-
O-
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
OOH
OH
H
OH
OH
H
HH
CH2OH
O ....
Pi
Glucógeno (n)
Glucógeno (n-1)Glucosa-1-fosfato
Glucógeno fosforilasa
Subunidad de la glucógeno fosforilasa
Fosforilasa b
2 ATP 2ADP
Fosforilasa aFosforilasa
kinasa, activa
Glucógeno
Glucosa-1-fosfato
Fosforilasakinasa, inactiva
Protein kinasa activa (2C)
Protein kinasa inactiva (R2C2)
4 cAMP (cAMP)4R2
Activación de lafosforilasa, 1
El cAMP (AMP cíclico) desencadenala activación de la fosforilasa
OCH2 N
N
N
N
NH2
OHOH
OPOPOP-O
O O O
O-O-O-
O N
N
N
N
NH2
OHO
P OO
-O
ATP
cAMP
Adenilatociclasa
Formación de cAMPa partir de ATP
+Proteínas G
R
GDP
GTP
L
ACGTP
ATP cAMP
GDP
Activación de laAdenilato ciclasa
RL G AC cAMP PKA FK F
O N
N
N
N
NH2
OHO
P OO
-O
OCH2 N
N
N
N
NH2
OHOH
OP-O
O
O-
cAMPfosfodiesterasa
Metilxantinas(p.e. cafeína)
-
cAMP
Protein kinasa A
GlucógenoFosforilasa
Proteinfosfatasas
cAMPfosfodiesterasa
Glucógenosintetasa
-+
+-
-
Protein kinasas
1. Protein kinasas A (Activadas por cAMP)
2. Protein kinasas G (Activadas por cGMP)
3. Protein kinasas A (Activadas por DAG)
4. Protein kinasas dependientes de Ca++-Calmodulina
5. Protein tirosin kinasas (Factores de crecimiento, etc.)
Activaciones proteolíticas
N
C
C
NpH < 5
Pepsinógeno
Pepsina
Activación delpepsinógeno
Fibrinógeno (I)Monómero
de fibrina (Ia)Polímerode fibrina
Trombina (IIa)
Protrombina (II)
Protrombinasa
Precursores,vía intrínseca
Precursores,vía extrínseca
Fase 1Fase 2
Fase 3
VII VIIa
X Xa
V VaCa++
Complejoprotrombinasa
Vía extrínseca
XII XIIa
XI XIa
IX IXa
VIII VIIIa
X Xa
V Va
Complejoprotrombinasa
Vía intrínseca
Ca++
Ca++
Trombina
+
S
S
Va Xa
PLP
Ca++
Complejo protrombinasa
S
SH
L
Trombina
Protrombina
AB
+
Monómero de fibrina
A
B
Fibrinopéptidos
A2B2
Fibrinógeno
Trombina
Fragmento C-terminaldel fibrinógeno
A
B
- + -
- + -+ -
- + -- +
- + -- + -- + -- + - - ++ -
--
- + -+ -
- + -- +
- + -- + -- + -- + - - ++ -
--
Monómero de fibrina
Fibrina (Unión no covalente)
CHNH2
HOOCCHLys
Glu
CHNH
OCCHLys
Glu
Factor XIII(estabilizadorde la fibrina)
Formación deenlaces covalentes
en la fibrina
Enzimas en MedicinaBiotecnología enzimática
Enzimas en el diagnóstico clínico
Existe en el suero sanguíneo una gran cantidad deactividades enzimáticas. De la relación
Vmax = k+2 e0
Se deduce que la medida en suero de la actividad enzimática es una medida directa de la concentraciónde enzima en dicho medio.
Alteraciones de la concentración enzimática en suero, 1
1. Aumentos de la actividad enzimática
(a). Incremento patológico de la permeabilidad de membrana
(b). Muerte y destrucción celular
(c). Inducción enzimática
(d). Proliferación celular
Alteraciones de la concentración enzimática en suero, 2
2. Disminuciones de la actividad enzimática
(a). Intoxicaciones
(b). Enfermedades crónicas
(c). Alteraciones del estado nutritivo
Algunas enzimas con interés diagnóstico
1. Aminotransferasas2. Creatin kinasa3. Fosfatasa alcalina4. -Amilasa5. Fosfatasa ácida6. Lactato deshidrogenasa7. -Glutamil transferasa8. Seudocolinesterasa
COOH
CHH2N
R1
+
COOH
C O
R2
COOH
CHH2N
R2
COOH
C O
R1
+
Aminotransferasas (Transaminasas)
Catalizan la interconversión reversible de aminoácidosy cetoácidos. Utilizan piridoxal fosfato como cofactor
Su papel es importantísimo en el metabolismo deaminoácidos. En clínica se determinan las siguientes:
EC 2.6.1.1, Aspartato aminotransferasa (AST, GOT)EC 2.6.1.2, Alanina aminotransferasa (ALT, GPT)
COO-
CH+H3N
CH2
COO-
+
COO-
C O
CH2
CH2
COO-
COO-
C
CH2
COO-
O
COO-
CH
CH2
CH2
COO-
+H3N
+
Aspartato -Cetoglutarato Oxalacetato Glutamato
Aspartato aminotransferasa, EC 2.6.1.1 (AST, GOT)
Aparece en citosol y mitocondrias de tejidos metabólicamentemuy activos. Su nivel se eleva en el suero ante afeccioneshepáticas y miocárdicas.
Alanina aminotransferasa, EC 2.6.1.2 (ALT, GPT)
COO-
CH+H3N
CH3
+
COO-
C O
CH2
CH2
COO-
COO-
C
CH3
O
COO-
CH
CH2
CH2
COO-
+H3N
+
-Cetoglutarato GlutamatoAlanina Piruvato
Enzima citosólica, de elevada concentración en el parénquimahepático. Se considera casi específica de lesión hepática.
CH3
N CH2 COOHCHN
NH2
ATP ADP CH3
N CH2 COCHN
NH2
O P O-
O-
O
Creatina Creatin fosfato
Creatin kinasa, EC 2.7.3.2 (CK, CPK)
Creatin fosfato es una forma de almacenamiento de enlacesricos en energía en el tejido muscular. Es el prototipo de loscompuestos conocidos como fosfágenos.
R O P
O
O-
O-
+ H2O R OH + HO P O-
O
O-
Fosfatasa alcalina, EC 3.1.3.1
Hidroliza con baja especificidad fosfomonoésteres, a un pHalto (de ahí el nombre). No se conoce con certeza cuál essu función metabólica. Aparece en gran cantidad de tejidos.
La fosfatasa alcalina presenta varias isoenzimas:
- Ósea- Hepática- Intestinal- Placentaria
Las más importantes son las dos primeras. Se pueden distinguirpor su termoestabilidad, siendo la ósea más termolábil.
Ósea: Propia del tejido óseo en crecimiento y de enfermedades que cursan con neoformación ósea
Hepática: Propia de las células del árbol biliar: se eleva en las colestasis (obstrucciones biliares) asociada a partículas de elevado peso molecular
-Glutamil transferasa, EC 2.3.2.2 (GGT)
GSH + aa -Glu-aa + Cys-Gly
Tiene un importante papel en el transporte de aminoácidosa través de membranas. Aparece, como la fosfatasa alcalina,en obstrucciones biliares asociada a fracciones de alto pesoçmolecular.
Es una enzima inducible, y su concentración en suero aumentacon xenobióticos (alcohol, drogas, etc.)
-Amilasa, EC 3.2.1.1
Es una enzima producida por las glándulas salivales y elpáncreas.
Es un marcador muy importante de afecciones pancreáticasagudas (pancreatitis). Puede incluso aparecer en la orina, debidoa su bajo peso molecular (amilasuria)
Fosfatasa ácida, EC 3.1.3.2
R O P
O
O-
O-
+ H2O R OH + HO P O-
O
O-
Hidroliza fosfomonoésteres con baja especificidad. Presentavarias isoenzimas, una de las cuales (Fosfatasa ácida prostática)es un marcador muy fiable del cáncer de próstata y que se empleaen el diagnóstico precoz del mismo.
Adagen (adenosine deaminase) Enzon, Inc.Autorizado su uso pediátrico en inmunodeficiencias congénitas.
Ceredase (alglucerase) Genzyme Corp.Autorizado su empleo en enfermedad de Gaucher tipo 1
Cerezyme (imiglucerase) Genzyme Corp.Autorizado su empleo en enfermedad de Gaucher tipo 1
Pulmozyme (Dnase) Genentech, Inc.Autorizado su empleo en fibrosis quística
Activase (recombinant alteplase) Genentech, Inc.Autorizado en infarto de miocardio y embolia pulmonar
Enzimas en Terapéutica: producidas por recombinación
- Procesos industriales enzimáticos:
* Industrias del almidón* Detergentes* Industrias lácteas* Industrias de la fruta* Antibióticos
- Biosensores y biochips
Biotecnología enzimática
Substrato
Producto
Enzima inmovilizada
Membrana semipermeable
Membrana de Teflon
Cátodo
Anodo
Biosensores
Esquema de unbiosensor de glucosa
Inhibición enzimática
Inhibidor:
Efector que hace disminuir la actividad enzimática, a través deinteracciones con el centro activo u otros centros específicos(alostéricos).
Esta definición excluye todos aquellos agentes que inactivan ala enzima a través de desnaturalización de la molécula enzimática
De esta forma, habrá dos tipos de inhibidores:
I. Isostéricos: ejercen su acción sobre el centro activoII. Alostéricos: ejercen su acción sobre otra parte de la molécula, causando un cambio conformacional con repercusión negativa en la actividad enzimática.
Los inhibidores isostéricos pueden ser de dos tipos:
1. Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima libre, con el complejo enzima-substrato o con ambos:
E + I EI
2. Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:
E + I E’
ES + I ESI
Inhibición reversible
(a) El inhibidor se fija al centro activo de la enzima libre, impidiendo la fijación del substrato: Inhibición Competitiva
(b) El inhibidor se fija a la enzima independientemente de que lo haga o no el substrato; el inhibidor, por tanto, no impide la fijación del substrato a la enzima, pero sí impide la acción catalítica: Inhibición No Competitiva
(c) El inhibidor se fija únicamente al complejo enzima-substrato una vez formado, impidiendo la acción catalítica; este tipo se conoce como Inhibición Anticompetitiva
E ES
EI
I
S
E + P
InhibiciónCompetitiva
Las fijaciones de substrato e inhibidor sonmutuamente exclusivas; el complejo EI no es productivo
E ES
EI
I
S
E + PI
ESI
SInhibición
No Competitiva
El inhibidor se fija indistintamente a la enzima libre Ey al complejo enzima-substrato ES; ni el complejo EIni el complejo ESI son productivos
E ES
S
E + PI
ESI
InhibiciónAnticompetitiva
El inhibidor sólo puede fijarse al complejo ES;el complejo ESI no es productivo
E ES
EI
I
S
E + P
Características:- Las fijaciones de substrato e inhibidor son mutuamente exclusivas- A muy altas concentraciones de substrato desaparece la inhibición- Por lo general, el inhibidor competitivo es un análogo químico del substrato.- El inhibidor es tan específico como el substrato
Se define una constante deequilibrio de disociación delinhibidor:
Ki = [E] [I]
[EI]
Inhibición Competitiva
Por tanto, en la inhibición competitiva,
1. El efecto cinético del inhibidor es el aumento aparente de la Km, que aparece multiplicada por el factor (1 + i/Ki)
2. La Vmax no aparece modificada; para concentraciones muy altas del substrato, v = Vmax, igual que en ausencia de inhibidor
3. Cuanto más pequeño sea el valor de Ki mayor será la potencia del inhibidor competitivo.
COO-
CH2
CH2
COO-
FAD FADH2COO-
CH
CH
COO-
Succinato Fumarato
SDH
Succinato deshidrogenasa COO-
CH2
COO-
Malonato
COO-
C O
CH2
COO-
Oxalacetato
Inhibidorescompetitivos
N
N
N
N
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
CH3
n
Ác. Fólico
Methotrexate
N
N
N
N
OH
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
H
n
NH
HN
O
O
CH3
NH
HN
O
O
Br
Timina
5-Bromouracilo
Análogos de base
OHOCH2
OH
N
O
NH2
OH
OHOCH2
OH
N
O
NH2
OH
Citidina
Citosina arabinósido
Análogos denucleósido
Un paso más allá en el desarrollo de inhibidores potentes es el concepto de Análogo de Estado de Transición (AET)
- El inhibidor no es estrictamente análogo del substrato, sino del Estado de Transición de la reacción.
- La afinidad de las enzimas por los AET es enorme, del orden nM o pM, con lo que la fijación es tan fuerte que puede considerarse irreversible
O2N OC
O
O
N+H3C
CH3
CH3
O2N OP
ON+
H3C
CH3
CH3
-O O-
Susbtrato
O2N OC
ON+
H3C
CH3
CH3
-O O-
Estado de transición
O2N OH + ON+
H3C
CH3
CH3
C
O
HO Productos
Análogo deestado de transición
Substrato
Estado detransición
Análogo deestado de transición
COO-
H2CNH
-OOC O
NH2
O-
PO O-
O-
PO O-
O-
CH2
COO-
H2CNH
-OOC
O
Aspartatotranscarbamilasa
Estado de transición
Análogo deestado de transición:
N-fosfonoacetil L-aspartato(PALA)
Angiotensinógeno
Angiotensina IDRVYIHPFHL
Angiotensina IIDRVYIHPF
HL
Renina
Enzima convertidorade Angiotensina, ECA
Hipotensión,hipovolemia,ortostatismo
Aumento de la presión arterial
C O
HNCH COO-
R
C HR'
NH
C-O C
HO
+
Zn2+
+
Zn2+
C O
NCH COO-
CH3C H
CH-S
H
Análogos de Estado de Transición: Captopril
Estado de transiciónde la ECA
Captopril
Inhibición Irreversible
- Los inhibidores irreversibles reaccionan con un grupo químico de la enzima, modificándola covalentemente
- Su acción no se describe por una constante de equilibrio Ki,
sino por una constante de velocidad ki:
E + I E’
- A diferencia de la inhibición reversible, el efecto de los inhibidores irreversibles depende del tiempo de actuación del inhibidor.
- Los inhibidores irreversibles son, por lo general, altamente tóxicos.
Algunos tipos de inhibidores irreversibles
1. Reactivos de grupos -SH
2. Organofosfóricos
3. Ligandos de metales
4. Metales pesados
Reactivos de grupos -SH, 1
(a) Agentes alquilantes
E SH E S CH2 COO-
ICH2 COO- IHYodoacetato
(b) Compuestos insaturados
N CH2 CH3
O
O
E SHE S
N CH2 CH3
O
O
N-Etil maleimida (NEM)
Reactivos de grupos -SH, 2
(c) Formadores de mercáptidos
HOHg COO-
E SH E S Hg COO-
p-Hidroximercuribenzoato
(d) Oxidantes
Promueven la oxidación de dos tioles a un disulfuro
Organofosfóricos
CH CH2 OHSer
PF O
CH
CH
H3C CH3
CH3H3C
CH CH2 O P O
CH
CH
H3C CH3
CH3H3C
Ser
DFP:diisopropilfluorofosfato
- Actúan sobre enzimas serínicas- Únicamente sobre la Ser activa- Insecticidas: Parathion, Malathion- Inhibidores de la Acetilcolinesterasa- Neurogases
Ligandos de coordinación de metales
Es el caso del ion cianuro, CN-
Se fija con gran afinidad a la sexta posición de coordinacióndel Fe hemínico, impidiendo toda modificación posterior.
Por ello actúa sobre sistemas de Fe hemínico con la sexta posición de coordinación libre, como la citocromo oxidasa, de lo que deriva su elevadísima toxicidad
Substratos suicidas
(Inhibidores activados enzimáticamente)
- Se trata de moléculas que se unen al centro activo de manera específica, igual que el substrato o los inhibidores competitivos
- Una vez unidos al centro activo, la enzima transforma la molécula en una especie química muy reactiva que modifica covalentemente a la enzima, inactivándola
- Tienen por tanto (a) la especificidad del inhibidor competitivo y (b) la potencia de los inhibidores irreversibles
E + I EI EI* E’ + I*
Modo de acción de los inhibidores suicidas
1 2 3
1. El inhibidor se fija a la enzima igual que el substrato o un inhibidor competitivo convencional
2. La acción catalítica de la enzima convierte al inhibidor I en una especie altamente reactiva I*
3. I* modifica covalentemente a la enzima, inactivándola de forma definitiva al igual que un inhibidor irreversible.
Ejemplos de inhibidores suicidas, 1
- Sistema de la -lactamasa bacteriana
La utilización masiva de antibióticos -lactámicos (penicilinas,sus derivados semisintéticos y cefalosporinas) ha conducido ala aparición de resistencias a los mismos.
Los microorganismos resistentes a estos antibióticos lo son porproducir una enzima, la -lactamasa, que inactiva a los antibió-ticos -lactámicos.
R CO NHS
NO
CH3
CH3
COO-
R CO NHS
HN
CH3
CH3
COO-
CO
O-
-Lactamasa
Penicilina (activa)
Ác.peniciloico (inactivo)
Muy a menudo los preparados de penicilinas o penicilinassemisintéticas se formulan añadiendo un inhibidor suicidade la -lactamasa, el ácido clavulánico
O
NO
COO-
CCH2OH
H-Lactamasa
O
HN
COO-
CCH2OH
H
CO
O-
O
HN
COO-
CCH2OH
H
CO
OCH2CHSer
Esta moléculareacciona con la
serina activa de la-lactamasa,
produciendo suinactivación
Ác.clavulánico
Ejemplos de inhibidores suicidas, 2
- Sistema de la monoamino oxidasa (MAO) cerebral
Los estados depresivos, en general, están relacionados con undescenso en la concentración de neurotransmisores adrenérgicos(dopamina, noradrenalina, etc.) en determinadas regiones delcerebro.
Una de las enzimas encargadas de la degradación de estos neurotransmisores es la monoamino oxidasa (EC 1.4.3.4).
Por tanto, la inhibición de la monoamino oxidasa se emplea comoterapéutica de los estados depresivos. Se han desarrollado muchosinhibidores suicidas de la MAO
HO
HO
CHOH CH2 NH2
O2 + H2O
NH3 + H2O2
HO
HO
CHOH CHO
Noradrenalina
Dihidroxifenilglicol
Monoaminooxidasa
La MAO es una flavoproteína:tiene un grupo prostéticoflavínico (FAD) fundamentalpara la catálisis. Los inhibidoressuicidas de la MAO inactivanal cofactor FAD.
HC C CH N+CH3
CH3
N
NNH
N
H3C
H2C
O
OSE
R
N
NNH
NH
H3C
H2C
O
OSE
R
CH
CHCHN+H3C
H3C
Flavina
Flavina modificada
N,N’ dimetilpropargilamina
(pargilina)
Inhibición suicida de laMAO mediante Pargilina
G
Ea
G
Ea’
Reacción no catalizada
Reaccióncatalizada
Catálisis
Enzima: Proteína dotada de actividad catalítica
- Enzimas proteolíticas- Desnaturalización de enzimas- Purificación de enzimas- Síntesis completa de una enzima
A partir de 1982, se sabe que no todas las enzimas sonproteínas; existen moléculas de RNA con actividad cata-lítica, las llamadas ribozimas
Las enzimas cumplen su papel catalítico gracias a:
- Fijación estereoquímicamente complementariadel substrato
- Transformación catalítica del mismo
En ambas funciones participan:
- Cadenas laterales de los aminoácidos- Grupos o moléculas no proteicas:
- Grupos prostéticos- Iones metálicos- Cofactores
En la catálisis química se distingue entre:
- Catálisis homogénea, cuando catalizador y reactivosestán en la misma fase físicoquímica: Por ejemplo, lahidrólisis ácida de la sacarosa.
- Catálisis heterogénea, cuando catalizador y reactivosestán en distinta fase físicoquímica: por ejemplo, lareacción en fase gaseosa entre N2 y H2 para formar amoníaco(proceso Haber), que es catalizada por metales (sólidos)
La catálisis enzimática tiene características de ambas
Los siguientes hechos:
- Especificidad de la reacción enzimática- Carácter heterogéneo de la catálisis enzimática
Nos llevan a postular la existencia de un Centro Activo enla molécula de enzima, capaz de:
- Fijar específicamente al substrato- Transformarlo catalíticamente.
Lisozima y susubstrato
Substrato: molécula(s) sobre la(s) que actúa la enzima
Actividad enzimática: velocidad a la que cursa la reacción enzimática
Velocidad: variación de la concentración en la unidadde tiempo
Unidades: katal: moles.s-1
U.I.: moles.min-1 (a 25ºC)
La velocidad es directamente proporcional de la concentraciónde enzima; por tanto, la velocidad es una medida de la concen-tración de enzima en una preparación.
Activador: Agente que aumenta la actividad enzimática
Inhibidor: Agente que disminuye la actividad enzimática
Inhibidor reversible: establece un equilibrio con la enzima:
E + I EI
Inhibidor irreversible: modifica químicamente a la enzima:
E + I E’
Cofactor (Coenzima):
Átomo, ion o molécula que participa en el procesocatalítico sin ser enzima ni substrato.
Los cofactores participan de dos maneras distintas:
1. A través de una fijación muy fuerte a la proteína y salensin ser modificados del ciclo catalítico
2. Como un segundo substrato; salen modificados del ciclocatalítico y por lo general requieren otra enzima para volveral estado original.
R CH
NH3+
COO- + O2 + H2O R CO COO- + H2O2 + NH4+
Aminoácido CetoácidoLAO
LAO: L-aminoácido oxidasa: es una flavoproteína
Las flavoproteínas tienen un grupo prostético flavínico, que interviene en el proceso catalítico sin salir modificadodel mismo
NH
NNH
N O
H3C
H3C
O
COO-
C O
CH3
COO-
CHO H
CH3
NADH + H+NAD+
Piruvato L-Lactato
LDH
LDH: Lactato deshidrogenasa
Utiliza como cofactor NADH, el cual sale de la reacciónoxidado a NAD+. La regeneración a NADH requeriría otraenzima.
Isoenzimas: formas moleculares distintas de una enzima dentrodel mismo organismo
Hexokinasa: Presenta, al menos, cuatro formas distintas
- Hepática- Cerebral- Muscular- Eritrocitaria
Las isoenzimas representan formas que tienen que ver conla diferenciación celular, presentando distintas característicasfuncionales.
Especificidad de las enzimas, 1
Especificidad absoluta:
Enzima:
Fumarato hidratasaEspecífica para elisómero trans- porun lado y para elL- por otro.
COO-
CH
CH
COO-
H2O COO-
CH
CH2
COO-
HO
Fumarato(trans-)
L-Malato
Especificidad de las enzimas, 2
Especificidad de grupo:
R CO O R' + H2O R COOH + HO R'
Esterasa
Las carboxilesterasas hidrolizan todo tipo de ésteres, independien-temente de la naturaleza de R o R’
Otras características de la acción enzimática
Eficiencia catalítica
En ocasiones llega a ser enorme; con números de recambiodel orden de 108 s-1
Las enzimas que han llegado a este límite reciben el nombrede Enzimas plenamente evolucionadas, ya que un incrementoen la actividad no tendría sentido al superar la velocidad dedifusión de los substratos.
Teorías de la acción enzimática, 1
Modelo de Llave y Cerradura (Emil Fischer)
Substrato y enzima se acoplan de forma estereospecífica,de la misma manera que una llave se ajusta a su cerradura.
Modelo aceptado durante mucho tiempo; hoy se considerainsuficiente al no explicar algunos fenómenos de la inhibi-ción enzimática, por ejemplo
Teorías de la acción enzimática, 2
Modelo de Ajuste Inducido (Koshland)
Tanto la enzima como el substrato sufren una alteraciónen su estructura por el hecho físico de la unión.
Está mucho más de acuerdo con todos los datos experimen-tales conocidos hasta el momento.
Teorías de la acción enzimática, 3
La teoría del Ajuste Inducido se amplía en la actualidaddefiniendo la acción enzimática como
Estabilización del Estado de Transición
Según lo cual, el Centro Activo enzimático es en realidadcomplementario no al substrato o al producto, sino alestado de transición entre ambos.
R C
O
O R' Substrato: un éster
R C O R'
O-
O-
Estado de transición:intermediario tetraédrico,inestable
R C
O
O- HO R' Productos
Cofactores enzimáticos (Coenzimas)
Cofactor (Coenzima):
Átomo, ion o molécula que participa en el procesocatalítico sin ser enzima ni substrato.
Los cofactores participan de dos maneras distintas:
1. A través de una fijación muy fuerte a la proteína y salensin ser modificados del ciclo catalítico
2. Como un segundo substrato; salen modificados del ciclocatalítico y por lo general requieren otra enzima para volveral estado original.
Los cofactores enzimáticos suelen ser moléculas complejas,que nuestro organismo no puede sintetizar, por lo general.
Por esa razón muchos cofactores enzimáticos deben ser, entodo en parte, ingresados con la dieta; muchos de ellos son, porlo tanto, vitaminas.
Ni todos los cofactores son vitamínicos ni todas las vitaminasson cofactores enzimáticos
Cofactores de naturaleza vitamínica; ejemplos
1. HidrosolublesTiamina Tiamina pirofosfato B1
Riboflavina Flavinas: FAD, FMN B2
Piridoxal Piridoxal fosfato B6
Cobalamina Coenzimas cobamídicos B12
Ác.Ascórbico Ac. Ascórbico CNicotinamida NAD+, NADP+ PPÁc.Lipoico LipoamidaÁc.Fólico Coenzimas folínicosÁc.Pantoténico Panteteínas (CoA, p.e.)
2. LiposolublesNaftoquinonas -Carboxilación K
Cofactores de naturaleza no vitamínica: ejemplos
Hemo Hemoenzimas, citocromosComplejos Fe-S FerredoxinasQuinonas Tr.electrónico mitocondrial y fotosintéticoGlutatión Redox; transporte de aminoácidosATP Transf.de fosfato y/o de energíaUTP Transf.de grupos glicosídicosPAPS Transf.de grupos sulfatoS-AM Transf.de grupos metiloCarnitina Transportador de grupos acil-
Vitaminas que no forman parte de cofactores enzimáticos
Liposolubles
Retinoides vit. ACalciferoles vit. DTocoferoles vit. E
• Nutrición Vitaminas LiposolublesEn este grupo entran las vitaminas A, D, E y K. Las mismas son solubles en los cuerpos grasos, son poco alterables, y el organismo puede almacenarlas fácilmente. Dado que el organismo puede almacenarlas como reserva, su carencia estaría basada en malos hábitos alimentarios.
• • VitaminaFunción (interviene en)Fuente • A• Intervienen en el crecimiento,
Hidratación de piel, mucosas pelo, uñas, dientes y huesos. Ayuda a la buena visión. Es un antioxidante natural.Hígado, Yema de huevo, Lácteos, Zanahorias, Espinacas, Broccoli, Lechuga, Radiccio, Albaricoques, Damasco, Durazno, Melones, Mamón
• D• Regula el metabolismo del calcio y también en el metabolismo del fósforo.Hígado,
Yema de huevo, Lácteos, Germen de trigo, Luz solar • E• Antioxidante natural.
Estabilización de las membranas celulares. Protege los ácidos grasos.Aceites vegetales, Yema de huevo, Hígado, Panes integrales, Legumbres verdes, Cacahuate, Coco, Vegetales de hojas verdes
• K• Coagulación sanguínea.Harinas de pescado, Hígado de cerdo, Coles, Espinacas
Cofactores redox
Operan en procesos de transferencia electrónica, a vecescomo aceptores, a veces como donadores.
- Cofactores piridínicos (NAD+, NADP+)- Cofactores flavínicos- Cofactores hemínicos- Ferredoxinas- Quinonas- Ác. Ascórbico- Ác. Lipoico- Glutatión
Vitamina
Función (interviene en) Fuente
B1
Participa en el funcionamiento del sistema nervioso. interviene en el metabolismo de glúcidos y el crecimiento y mantenimiento de la piel.
Carnes, yema de huevo, levaduras, legumbres secas, cereales integrales, frutas secas.
B2
Metabolismo de prótidos y glúcidos Efectua una actividad oxigenadora y por ello interviene en la respiración celular, la integridad de la piel, mucosas y el sistema ocular por tanto la vista.
Carnes y lácteos, cereales, levaduras y vegetales verdes
B3
Metabolismo de prótidos, glúcidos y lípidos Interviene en la circulación sanguínea, el crecimiento, la cadena respiratoria y el sistema nervioso.
Carnes, hígado y riñón, lácteos, huevos, en cereales integrales, levadura y legumbres
B6
Metabolismo de proteínas y aminoácidos Formación de glóbulos rojos, células y hormonas. Ayuda al equilibrio del sodio y del potasio.
Yema de huevos, las carnes, el hígado, el riñón, los pescados, los lácteos, granos integrales, levaduras y frutas secas
ácido fólico
Crecimiento y división celular. Formación de glóbulos rojos
Carnes, hígado, verduras verdes oscuras y cereales integrales.
B12
Elaboración de células Sintesis de la hemoglobina Sistema nervioso
Sintetizada por el organismo. No presente en vegetales. Si aparece en carnes y lacteos.
C
Formación y mantenimiento del colágeno Antioxidante Ayuda a la absorción del hierro no-hémico.
Vegetales verdes, frutas cítricas y papas
O
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
OCH2 N
N
N
N
NH2
OH OH
N
CONH2
+
O
O
HH
O
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
OCH2 N
N
N
N
NH2
OH OH
N
CONH2
P O-O
O-
+
Nicotinamida - Ribosa - P - P - Ribosa - Adenina
NAD+
NADP+
N
CONH2
N
H HCONH2
AH2 A + H+
NAD+, NADP+
(Formas oxidadas)NADH, NADPH
(Formas reducidas)
AH2 + NAD(P)+ A + NAD(P)H + H+
O-P
O
O-
OCH2
C
C
C
CH2
OHH
OHH
OHH
N
NNH
N
H3C
H3C
O
O
Flavina (Isoaloxazina)
Ribitol
Fosfato
Riboflavina(vit. B2)
FMN: Flavin mononucleótido(Riboflavin fosfato)
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
O N
N
N
N
NH2
CH2
C
C
C
CH2
OHH
OHH
OHH
N
NNH
N
H3C
H3C
O
O
FAD: Flavin Adenin Dinucleótido
N
NNH
N
H3C
H3C
O
O
N
NNH
NH
H3C
H3C
O
O
N
NHNH
NH
H3C
H3C
O
O
Forma oxidada
Semiquinona(Radical libre)
Forma reducida
Citocromos
Son proteínas de tamaño pequeño, que operan como transportadores monoelectrónicos debido a una transición
Fe2+ Fe3+
Se distinguen tres tipos:
1. Citocromos A: Alto potencial redox (transportadores terminales)2. Citocromos B: Bajo potencial redox3. Citocromos C: Potencial redox intermedio
(Se distinguen por su espectro característico de absorción)
Citocromo c
O
O
OH
OH
AH2 A
Cofactores quinónicos
Quinona
Hidroquinona
O
O
CH3O
OCH3
CH3
CH3n
Ubiquinona (Coenzima Q)
OO
OHHO
CH2C
HO
HOHO
O
OO
CH2C
HO
HOH
Ácido Ascórbico(vit. C)
A AH2
S S
COOH
S S
CONH
CH Lys
CONH
CH
SH SH
Lys
AH2
A
Lipoamida
Dihidrolipoamida
Ác. Lipoico
COO-
C+H3N H
CH2
CH2
CO NH CH
CH2
SH
CO NH CH2 COOH
Glutatión: -Glu-Cys-Gly(forma reducida, GSH)
COO-
CH3N H
CH2
CH2
CO NH CH CO NH CH2 COO-
CH2
S
COO-
C+H3N H
CH2
CH2
CO NH CH
CH2
S
CO NH CH2 COO-
-Glu-Cys-Gly
S
S
-Glu-Cys-Gly
Glutatión:forma oxidada, GSSG
2GSH + A GSSG + AH2
N
N
H3C
CH2 N+S
H3CCH2 CH2 O P O P O-
O-O-
O O
Tiamina pirofosfato, TPP
N
N
H3C
CH2 N+S
H3CCH2 CH2OH
Tiamina (vit. B1)
N
OH
CH3
HOH2C
CHO
N CH3
HOH2C
CHO
O P
O
O-
O-
Piridoxal (vit. B6)
Piridoxal fosfato
N CH3
HOH2C
CHO
O P
O
O-
O-
N CH3
HOH2C
CH2NH2
O P
O
O-
O-
Piridoxal fosfato Piridoxamina fosfato
N
N
N
N
OH
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
H
n
Ác. Fólico
Pteridina
4-aminobenzoico
Poliglutamato
N
N
N
N
OH
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
H
n
N
N
N
NH
OH
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
H
n
N
N
NH
NH
OH
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
H
n
Folatoreductasa
DHF Reductasa
Ác. Fólico
Ác.Dihidrofólico, DHF
Ác.Tetrahidrofólico, THFMethotrexate
N
N
NH
N
OH
H2N
H2C N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO OH
n
N
N
NH
N
OH
H2N
N
C NH
O
C H
COO-
CH2
CH2
CO
H
OH
COH
n
N5,N10 Metilen THF
N5 Formil THF
Cobalamina(vit. B12)
NH2COCH2CH2
HH
H CH2OHOH
H
CH3
CH3
H3C CH
CH2
NH
CO
CH2
CH2
NC
H3C
H
HCH3NH2COCH2
H
H3C
NH2COCH2
H3C
CH3
CH2CONH2
CH3
H
H
CH2CH2CONH2
CH3
CH3
CH2CH2CONH2
NN
NN
N
OO
OP
O
O
N
Co+
NHHN
S COOH
NHN
S COOH
C
O
HO
CO2
Biotina
Carboxibiotina
NHHN
S CONH
CH
CO
HN
CH
OC
R
NH
OC
CH
HN
R'Biotinil- proteína
Lys
CH2OH C
CH3
CH3
CHOH CO NH CH2 CH2 COOH
CH2OH C
CH3
CH3
CHOH CO NH CH2 CH2 CO NH CH2 CH2 SH
Ác. Pantoico -Alanina
Ác. Pantoténico
Ác. Pantoténico Cisteamina
Panteteína
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
N
N
N
N
NH2
OP
O
O-
OP
O
O-
OH3C CH3
HO H
CN
CN
HS
O
H
O
H
ADPPanteteína
Coenzima A
O
HH
OH
H
OH
CH2
H
OP
O
O-
OP
O
O-
O N
N
N
N
NH2
P
O-O
O-
5’- Adenosina trifosfato (ATP)
ACIDOS NUCLEICOSACIDOS NUCLEICOS
Bases NitrogenadasBases Nitrogenadas
DNADNA
RNA : tiposRNA : tipos
HemostasiaHemostasia
Vias de la coagulaciònVias de la coagulaciòn
CoagulaciònCoagulaciòn
HemostasiaHemostasia
HEMOSTASIAHEMOSTASIA