UNIDAD I AGUA Y MINERALES

El agua constituye el principal producto final del metabolismo oxidativo de los alimentos, sirve como reactante y como producto en muchas reacciones metabólicas.

La homeostasia, es el mantenimiento de la composición del ambiente interno que es esencial para la salud, incluye considerar la distribución del agua en el cuerpo así como el mantenimiento de un PH y concentraciones de electrolitos adecuados.

1-ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA

El agua es una molécula tetraédrica ligeramente asimétrica.

El constituye el 60% del organismo y es el solvente universal

Su estructura tridimencional es un tetrahedro irregular con el oxigeno en el centro.

La molécula de agua está formada por dos átomos de H unidos a un átomo de O por medio de dos enlaces covalentes. La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del oxígeno determina un ángulo entre los enlaces H-O-H Aproximadamente de 104'5:, además el oxígeno es más electronegativo que el hidrógeno y atrae con más fuerza a los electrones de cada enlace.

El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa , mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

Así se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática

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sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes. PUENTES DE HIDROGENO

Es una interacción electrostática entre un hidrogeno de un dipolo hídrico y el par de electrones no compartidos de otro dipolo hídrico.

El agua la podemos encontrar en tres estados:

Sólido Líquido Gas

Forma y volumen propio. Incompresible. Difusión extremadamente lenta de las partículas.

Adopta la forma del recipiente que los contiene. Volumen propio incompresible. Difusión lenta de las partículas

Sin forma ni volumen propio.

Compresibles. Se expanden.

PROPIEDADES DEL AGUA

El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos se debe sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura molecular.

Propiedades físicoquímicas

1. Acción disolvente2. Elevada fuerza de cohesión3. Elevada fuerza de adhesión4. Gran calor específico5. Elevado calor de vaporización6. Liquido inodoro, incoloro e insaboro.7. Densidad máxima 4cc a 100°C se produce su ebullición.8. Se descompone por encima de los 1000°C

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9. Se solidifica a 0°C en forma de hielo.

2-CONTENIDO Y DISTRIBUCION DEL AGUA CORPORAL

Nuestro cuerpo está constituido por múltiples sustancias (agua, grasa, hueso, músculo, etc.) pero, de todas ellas, el agua es el componente mayoritario. El agua constituye más de la mitad (50-65%) del peso del cuerpo y en su mayor parte (80%) se encuentra en los tejidos metabólicamente activos. Por tanto, su cantidad depende de la composición corporal y, en consecuencia, de la edad y del sexo: disminuye con la edad y es menor en las mujeres.

CONTENIDO DE AGUA CORPORAL (% del peso corporal total)

Recien nacido 80% Hombre normal 60% Mujer normal 55% Hombre obeso 55% Mujer obesa 50% Ancianos 50%

Compartimientos de Agua/ Distribución de Líquidos en el Cuerpo

Intracelular: El agua intracelular es aquella que se encuentra dentro de la célula.

Extracelular: Es el agua que se encuentra fuera de la membrana celular.

Intracelular Hombre 45%Mujer 40%

Extracelular Hombre 15%Mujer 15%

Intravascular Hombre 5%Mujer 5%

Intersticial Hombre 10%Mujer 10%

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3-EQUILIBRIO HÍDRICO

El equilibrio hídrico es la relación entra el aporte y la eliminación corporal del agua bajo condiciones normales.

REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO HÍDRICO (AGUA)

Hay un equilibrio hídrico en el organismo, si se conserva un balance entre el ingreso y la excreción, siempre que haya libre aporte de agua. Dicho balance lo controla las sensaciones de sed y los riñones. Por ejemplo, cuando aumentan las pérdidas de agua por sudoración excesiva o diarreas, la saliva de la boca absorbe agua, dejando una sensación de sequedad en la boca, lo cual estimula la ingestión de agua. Además, los riñones conservan el agua secretando menos orina; este mecanismo renal es regulado por la hormona vasopresina o antidiurética (ADH) que estimula la resorción de agua en los túbulos renales.

RELACIÓN ENTRE EL APORTE Y LA ELIMINACION DEL AGUA.

Las fuentes de ingreso del agua al cuerpo y las vías de su eliminación se discutirá a continuación.

Ingreso - Fuentes de Agua para el Cuerpo

El agua en líquidos: como la leche, las sopas y las bebidas. El agua misma: Esta debería compensar cualquier diferencia entre la

absorción y la eliminación. El agua en forma de alimentos sólidos: Hortalizas y fruta, por ejemplo,

tienen un alto contenido de agua. El agua producida durante el metabolismo: Al quemar u oxidar en las

células los hidratos de carbono, grasas y proteínas.

Excresión - Vías para Perder Agua Normalmente

Por la piel: En forma de transpiración (sudoración) sensible (que se puede ver el sudor) y pérdida insensible (o invisible).

A través de los pulmones: en forma de vapor de agua en el aire expirado.

Por medio de los riñones: en forma de orina. Por los intestinos: en las heces fecales.

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EFECTOS DE LA DEFICIENCIA Y EXCESO DE AGUA EN EL CUERPO

Deficiencia

La deficiencia de agua puede ser causado por muchas razones, tales como vomitar en exceso, diarrea o sudoración excesiva. Ésta última causa es la más comun y ocurre frecuentemente al llevar a cabo actividades físicas vigorosas cuando la temperatura ambiental esta alta. El efecto principal es la deshidratación (pérdida de los líquidos del cuerpo). Alrededor de un cuarto de líquido se pierde por cada dos libras de peso que se rebaje.

Exceso

Si de alguna forma el agua que se ingiera en el cuerpo no se puede eliminar (como en el caso de algunos individuos que padecen de hipertensión), los siguientes efectos pueden ocurrir:

Aumenta el volumen de sangre en el cuerpo. Aumenta la presión arterial. Se experimentan dolores de cabeza.

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Aparecen áreas en el cuerpo con edema (acumulación de líquidos en los tejidos corporales).

ELECTROLITOS.

Los electrolitos son la forma iónica de un metal que se encuentra en solución acuosa, y son sustancias que tienen la capacidad de conducir la corriente eléctrica. En los organismos vivos se encuentran los electrolitos en un balance llamado electrolítico. Los electrolitos tienen un gran uso en medicina. Es una solución o sustancia disuelta que consta de varios químicos que pueden llevar cargas eléctricas. Los electrolitos están presentes en la sangre como ácidos, bases y sales (como sodio, calcio, potasio, cloro, magnesio y bicarbonato) y se pueden medir mediante estudios de laboratorio en suero.

4- VALORES NORMALES DE ELECTROLITOS EN LOS LIQUIDOS CORPORALES

Osmosis: Fenómeno natural en el cual el agua pasa a través de una membrana semi-permeable, desde una solución menos concentrada a una solución más concentrada.

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Presión Osmótica: presión que se desarrolla en una solución salina, dependiente de la diferencia de concentración de iones presentes a ambos lados de la membrana, es el fenómeno resultante de la diferencia de la concentración de sales a través de una membrana semi-permeable. Esta presión osmótica debe ser compensada antes de poder producir permeado en el sistema.

EFECTO DE LAS SOLUCIONES ISOTONICAS, HIPERTONICAS E HIPOTONICAS.

Homeostasis y el equilibrio hídrico

Existe equilibrio hídrico o equilibrio respecto al agua, cuando las soluciones citoplasmáticas y los fluidos extracelulares que rodean las células son soluciones isotónicas, es decir, tienen la misma concentración.El desequilibrio hídrico provoca sed.

Es importante el equilibrio hídrico para el mantenimiento de la presión arterial normal, para el funcionamiento del corazón y el equilibrio total del organismo.

SOLUCIONES ISOTONICAS.

SOLUCIÓN ISOTONICA: Tiene concentración similar a la del plasma. En esta la célula no sufre modificaciones. En estas soluciones las moléculas de agua se mueven hacia adentro y hacia afuera de la célula por la igualdad de concentración en ambos lados de la membrana celular.

SOLUCIONES HIPERTONICAS.

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SOLUCIÓN HIPERTONICA: La célula se contrae ó deshidrata por que su entorno es mayor en cuanto a sales, por lo que la célula tratara de mantener el equilibrio; sacando agua para poder disminuir la concentración extracelular. El agua se sale de la célula por ósmosis y la célula se encoge.

SOLUCIÓN HIPOTONICA.

SOLICION HIPOTONICA: Deja pasar agua para disminuir la concentración interna de la célula. La célula se hincha ó expande por que el agua entra en la célula por ósmosis.

5- ANÁLISIS DEL EQUILIBRIO HIDROELECTROLITICO EN LA DESHIDRATACION ISOTONICA, HIPERTONICA E HISOTONICA

DESHIDRATACION: Es la perdida excesiva de agua en el organismo, acarrea eventualmente deficiencia de sal.

El peligro de la deshidratación reside en la eventual formación de acidosis y la acumulación de productos de desecho en el organismo.

Las pérdidas ó contracciones de volumen (mal llamadas deshidratación) pueden ser de tres tipos:

a) Contracción Isotónica: Ocurre cuando se pierden electrolitos y agua extracelular en proporciones iguales, como por el tracto gastrointestinal, en donde además si la pérdida es de liquido ácido por el estómago, esta pérdida puede conducir a alcalosis metabólica; la pérdida de bilis, liquido pancreático y liquido por diarrea, a una alcalosis metabólica.b) Contracción Hipertónica: Ocurre cuando existen pérdida de agua superiores a la de Na, como en la insolación, adipsia prolongada, diabetes, sudoración excesiva y en la diuresis osmótica; por la tanto, la pérdida externa de sodio y agua disminuye el volumen extracelular y en compensación, se redistribuye de intra a extracelular.c) Contracción Hipotónica: Se produce cuando la pérdida de Na es superior a la de agua, como en la insuficiencia renal crónica o en la insuficiencia corticosuprarrenal, y el tratamiento consistirá en reponer el sodio perdido en solución salina al 0.9%, solución de Ringer o si además

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existe acidosis con Hartman o en caso de desnutrición asociada, Ringer glucosa como aporte calórico.

6- PRINCIPALES MACROMINERALES

Los minerales, junto con el agua, son los componentes inorgánicos de la alimentación, es decir, aquellos que se encuentran en la naturaleza sin formar parte de los seres vivos. Son necesarios para la elaboración de los tejidos y para sintetizar las hormonas. Colaboran en la mayor parte de las reacciones químicas en las que intervienen las enzimas. Intervienen en la transmisión del impulso nervioso a los músculos y actúan como reguladores del balance hídrico del organismo, entre otras muchas funciones. Se puede decir que los minerales intervienen en todas las fases del funcionamiento del cuerpo humano. Los minerales se pueden dividir en tres grupos: macrominerales (se miden en gramos y son: sodio, potasio, calcio, fósforo, magnesio y cloro), microeminerales (se miden en miligramos y son: cromo, cobalto, cobre, yodo, hierro, magnesio, molibdeno, selenio y zinc).

SODIO.- Es un mineral que se encuentra en el organismo en forma iónica, en su mayor parte en el líquido extracelular. También hay una pequeña parte en el interior de la célula y el resto unido a los componentes inorgánicos del hueso. Junto con el potasio y el cloro, el sodio es uno de los electrolitos mas abundantes en el organismo. Regula el balance hídrico del organismo e interviene en la transmisión del impulso nervioso a los músculos (bomba de sodio) Se encuentra principalmente en la sal, pero esta presente en muchos alimentos como las aceitunas, las conservas, los embutidos, los quesos, el jamón, los pescados, etc. El consumo excesivo de sal se ha relacionado con el desarrollo de la hipertensión. Su déficit produce calambres, normalmente relacionados con la pérdida de sodio por el sudor, por diarrea, por vómitos o por tomar diuréticos. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 0,5 gramos para un adulto en caso de actividad física moderada. Si la persona trabaja en ambientes muy calurosos y suda mucho debe incrementar esta cantidad recomendada.

POTASIO.- El potasio es un mineral que se encuentra en el organismo en forma iónica y, junto con el sodio y el cloro, son los electrolitos mas abundantes en el organismo. El 97% del potasio se encuentra intracelularmente y el 3% restante en forma extracelular. Actúa como regulador del balance hídrico del organismo y participa en la contracción del músculo cardiaco. Esta relacionado con el equilibrio ácido base. Aproximadamente el 90% del potasio ingerido es absorbido en el intestino delgado y se elimina a través de la orina. Se encuentra principalmente en la fruta, en la verdura fresca y en las patatas y, en menores cantidades, en las legumbres y en los frutos secos. Su déficit se puede producir como consecuencia de efectuar dietas muy estrictas en

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calorías, de vómitos, de diarreas, de una transpiración excesiva, del uso indiscriminado de diuréticos y como consecuencia de quemaduras. Se manifiesta con debilidad muscular, nauseas, vómitos e irritabilidad. Por el contrario, la poca ingestión de líquidos o un fallo renal, puede producir excesos de potasio en la sangre. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 500 miligramos. El consumo excesivo de café, té, alcohol y azúcar aumenta su pérdida a través de la orina.

CALCIO.- El calcio es el mineral mas abundante del cuerpo humano, representando del 1,5% al 2% del peso corporal y el cuarto componente del cuerpo después del agua, de las proteínas y de las grasas. Se encuentra en los huesos, en los dientes, en la sangre, en los líquidos intersticiales y en las células. El calcio de los huesos y de los dientes desempeña una función plástica y de sostén, y el calcio plasmático una función reguladora: participa en la coagulación, en la permeabilidad de las membranas, como regulador nervioso y neuromuscular, favoreciendo la absorción y la secreción intestinal y la liberación de hormonas. El calcio esta vinculado también al fósforo, ya que la falta o exceso de uno de ellos puede afectar a la absorción del otro. Las fuentes de calcio mas importantes son la leche y los productos lácteos, pero también son ricos en este metal la mayoría de los vegetales y las aguas duras. La falta de calcio en la dieta provoca retraso del crecimiento y deformaciones óseas. También se manifiesta con una osteoporosis que produce debilidad de los huesos y fracturas frecuentes. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de unos 800 miligramos para el adulto y de unos 1500 miligramos en el embarazo, en la lactancia y en la vejez.

FÓSFORO.- Es el elemento químico que interviene en la mineralización de los huesos y de los dientes. Interviene en la transmisión de los impulsos nerviosos, en la contracción muscular y en el metabolismo de los azucares, las grasas y las proteínas. Es necesario también para la formación de los huesos y de los dientes, así como del tejido muscular. La mayor parte del fósforo del cuerpo se encuentra unida al calcio. Se encuentra en mayor cantidad en el queso, en la yema de huevo, en los frutos secos, en las legumbres y en algunos pescados. Esta presente, en los organismos de los seres vivos, en forma de sales minerales llamadas fosfatos. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es similar a la del calcio, es decir, unos 800 miligramos para el adulto y unos 1500 miligramos en el embarazo, en la lactancia y en la vejez.

CLORO.- El cloro es un mineral que se encuentra en el organismo en forma iónica y, junto con el sodio y el potasio, son los electrolitos mas abundantes en el organismo. Favorece el equilibrio ácido-base y ayuda al hígado en su labor de desintoxicación. Interviene en la regulación del balance hídrico del organismo. Cualquier dieta mixta cubre las necesidades de cloro ya que se encuentra en muchos alimentos como en la sal común,

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en las algas, en las aceitunas y en el agua que bebemos entre otros. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) no esta determinada todavía.

MAGNESIO.- El magnesio es el quinto mineral por su abundancia en el organismo y es imprescindible para la correcta asimilación del calcio y de la vitamina C. Es necesario para activar numerosas enzimas y las vitaminas del grupo B. Interviene en la síntesis de las proteínas, en la excitabilidad de los músculos y en la liberación de energía. Equilibra el sistema nervioso central (acción sedante) Aumenta la secreción de la bilis e interviene en la secreción y en la acción de la insulina. Se encuentra en el cacao, en la soja, en los frutos secos, en la avena, en el maíz y en algunas verduras. La carencia de magnesio es muy común, sobre todo en ancianos y en las mujeres durante el periodo menstrual. También contribuyen a ello la cirugía, los diuréticos, el alcohol, las enfermedades renales, etc. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 300-400 miligramos.

7- PRINCIPALES MICROMINERALES

CROMO.- Mineral que aparece en el organismo en cantidades muy pequeñas. Participa en el transporte de proteínas e interviene en el metabolismo del azúcar, mejorando la diabetes. Se encuentra en las carnes, en los aceites vegetales, en la levadura de cerveza, en la cebolla, en la lechuga, en las patatas, en los berros y en los cereales integrales. Su déficit se produce, generalmente, por desnutrición o estrés y produce una menor tolerancia a la glucosa, neuropatía periférica, balance de hidrógeno negativo y adelgazamiento. Es muy raro que aparezcan intoxicaciones por cromo, ya que su presencia en los alimentos es muy reducida. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 200 a 400 microgramos.

COBALTO.- El cobalto es un mineral que contribuye a la formación de los glóbulos rojos ya que constituye el núcleo metálico de la vitamina B12 necesaria en la eritropoyesis. Cualquier dieta mixta cubre las necesidades de cobalto, ya que se encuentra en las carnes, en los pescados , en los productos lácteos, en las lentejas, en las cebollas, en los higos, etc. Su déficit se relaciona con la carencia de vitamina B12 y produce anemia, problemas neurológicos y falta de crecimiento. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) no está todavía determinada.

COBRE.- Es un mineral presente en el organismo en el plasma, unido a la globulina Ceruloplasmina. El cobre es necesario para convertir el hierro almacenado en el organismo en hemoglobina y para asimilar correctamente el hierro de los alimentos. Participa en la asimilación de la vitamina C y forma parte de las oxigenasas, enzimas encargadas de transformar el oxígeno molecular en agua y peróxido de hidrógeno. Es fundamental para el desarrollo de huesos, tendones, tejido conectivo y sistema vascular. Se

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encuentra en el cacao, en los cereales integrales, en las legumbres, en los frutos secos, en las carnes, en las frutas, en los vegetales y en la pimienta. El déficit de cobre es poco frecuente y puede producir anemia, desmineralización ósea, anorexia y facilidad para las infecciones, entre otras. En niños alimentados exclusivamente con leche se pueden dar casos de anemia que responden al tratamiento con cobre. Hay una enfermedad genética, la enfermedad de Wilson, que se caracteriza por un aumento de los depósitos de cobre en el hígado y en el cerebro. En intoxicaciones aparecen síntomas hemolíticos y lesiones cerebrales y hepáticas. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 1,3-1,5 miligramos.

YODO.- Es un mineral imprescindible para la producción de hormonas tiroideas. También interviene en el crecimiento mental y físico, en el funcionamiento de los tejidos nerviosos y musculares y en el metabolismo de otros nutrientes. Esta presente, en mayor cantidad, en los pescados y en los mariscos, en la sal marina, en las algas y en los vegetales cultivados en tierras que sean ricas en yodo. El déficit de yodo da lugar al bocio, en el que la glándula tiroides aumenta de tamaño. Una forma de prevenir la posible carencia de yodo es añadírselo a la sal de las comidas (en el comercio se vende como sal yodada) La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 120 a 150 microgramos.

HIERRO.- El hierro es un componente inorgánico de la alimentación que desempeña un papel importante en el organismo. Este mineral es necesario para la producción de hemoglobina y de glóbulos rojos y forma parte de algunas enzimas que intervienen en el metabolismo celular. Los alimentos mas ricos en hierro son: la carne, el hígado, los mejillones, los huevos, las legumbres, los frutos secos y los cereales. Para mejorar la absorción del hierro, es bueno consumir al tiempo alimentos que contengan vitamina C. Por el contrario, hay otros que son inhibidores de su absorción, como lo son el café, el te, la clara de huevo y el salvado de trigo. Su déficit provoca la anemia ferropénica, una mala síntesis de las proteínas, deficiencia inmunitaria, menor respuesta al estrés y alteraciones de la conducta. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 10 a 15 miligramos, aunque estas cantidades dependen de la edad y de las necesidades de cada etapa de la vida, siendo necesario un mayor aporte durante el embarazo y la lactancia, pudiendo llegar hasta los 40 mg./día.

MANGANESO.- El manganeso es un mineral que se encuentra en el organismo participando en la asimilación de las vitaminas C, B1 y H. Esta relacionado con la formación de los huesos, con el desarrollo de los tejidos y con la coagulación de la sangre. También activa los enzimas que intervienen en la síntesis de las grasas. Se encuentra en el pescado, en los cereales integrales, en las legumbres, en la yema de huevo y en las verduras de hojas verdes. Su déficit puede provocar crecimiento lento de las uñas y del cabello, mala formación de los huesos y disminución de la tolerancia a la glucosa. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 2-9 miligramos.

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MOLIBDENO.- Es un mineral que ayuda a prevenir la anemia y la caries. El molibdeno es un componente esencial de una coenzima denominada pterina, necesaria para la actividad de otras enzimas muy importantes para el organismo, como son: sulfito oxidasa, aldehido oxidasa y xantina oxidasa. Se encuentra en el germen de trigo, en las legumbres, en los cereales integrales y en los vegetales de hoja verde oscura. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 250 microgramos.

SELENIO.- El selenio es un mineral presente en el organismo en pequeñísimas cantidades. Tiene propiedades desintoxicantes. Es un potente antioxidante (evita la oxidación de los ácidos grasos poliinsaturados en las membranas celulares) por lo que ayuda a prevenir el envejecimiento de los tejidos. Por el mismo motivo, se le asocia a la prevención de ciertos tipos de cáncer. Protege de enfermedades cardiovasculares y estimula el sistema inmunológico. Se encuentra en el germen y en el salvado de trigo, en las cebollas, en el ajo, en el tomate, en el brécol y en la levadura de cerveza. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 55-70 microgramos.

ZINC.- El zinc es un mineral presente en el organismo formando parte del hueso y de numerosas enzimas, entre ellas, la anhidarasa carbónica, la carboxipeptidasa y las deshidrogenasas. Interviene en procesos metabólicos como la producción de linfocitos, la síntesis de proteínas y la formación de insulina. Se encuentra en los crustáceos, en la levadura de cerveza, en el germen de trigo, en las carnes, en los huevos, en los quesos y en las legumbres secas. Su déficit produce un retraso del crecimiento y un retraso del desarrollo de los órganos genitales. También puede producir anemia, retraso en la cicatrización de las heridas y pérdida del apetito. La Cantidad Diaria Recomendada (C.D.R.) es de 12-15 miligramos, aumentando en mujeres embarazadas y en lactantes. Los niveles de zinc en el organismo se suelen ver disminuidos por el consumo de tabaco, de café y de alcohol en exceso.

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8- DISOCIACIÓN DEL AGUA. CONCEPTO DE PH

El agua tiene una ligera capacidad de ionizarse. Toda vez que el agua puede actuar como ácido o como base, su ionización puede representarse como una transferencia de protones para formar un ion hidronio (H3O+) y u ión hidroxilo (OH-) :

H2O + H2O H3O+ + OH-

En tanto que los iones se recombinan constantemente para formar moléculas de agua y viceversa, no es posible definir el momento en que un hidrógeno o u oxígeno individual presentan como iones o como moléculas de agua.. Sin embargo no es necesario tomar en consideración los iones o las moléculas individuales. Dado que un gramo de agua tiene 3.46 x 1022 moléculas, es posible describir estadísticamente la ionización del agua.La probabilidad de que un átomo de hidrógeno, exista en el agua pura como ion hidrógeno es de aproximadamente 1.8 x 10-9; sin embargo aunque esta cantidad sea muy pequeña, la característica del agua de presentar estos iones es muy importante para las propiedades del agua.La fórmula para la disociación del agua: [H] [OH]K =

[H2O]

Los términos entre corchetes representan las concentraciones molares de los iones hidrógeno, iones hidroxilo y las moléculas sin disociar del agua, mientras que K es el termino correspondiente a la constante de disociación. Como 1 mol de agua pesa 18gr, un litro de agua tiene 1000 / 18 = 55.56 mol. La concentración molar de iones H ( o de iones OH) en el agua se calcula de multiplicar la probabilidad por la concentración molar del agua, y el resultado es 1 x 10-7 mol/l, y así se calcula la K del agua:

[10-7] [10-7] K = = 1.8 x 10-16

55.56 Como la disociación no afecta de manera significativa la gran concentración de agua molecular, es conveniente considerarla básicamente como constante.. Esta constante puede incorporarse a la K, para obtener una nueva constante denominada Kw o el producto iónico del agua:Kw = [H] [OH] = 1 x 10-14

El término pH fue introducido por Sorensen, quién lo definió como el logaritmo negativo de la concentración del ión hidrógeno.

pH = - log [H]

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La escala de pH es el número que determina la concentración de iones hidrógeno en una solución, siendo éste el número del logaritmo decimal del reciproco de la concentración de iones hidrógeno. La escala va de 0 a 14. Siendo el pH de las llamadas soluciones ácidas de 1, 2, 3, 4 ,5 ,6 y el pH de las soluciones alcalinas de 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, mientras una solución neutra vale 7. Mientras más alto es el valor del pH, la solución es más alcalina y mientras menor es el pH será una solución más ácida.

9- COMPORTAMIENTO DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES, ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBACH, COMPORTAMIENTO DE LOS AMORTIGUADORES DE PH

Las definiciones más generales de ácidos y bases son las siguientes:Para Lewis, un ácido es un aceptor de pares electrónicos potencial; mientras que una base es una sustancia que puede actuar como dadora de pares electrónicos.También está el concepto de Bronsted y Lowry, el cual dice que un ácido es una sustancia dador de protones y una base es una sustancia aceptor de protones.

Una reacción ácido-básica comprende siempre un par ácido-básico conjugado, constituido por un dador de protones y un aceptor. Cada base conjugada tiene una afinidad característica para su protón; los que tienen una afinidad elevada por el protón son ácidos débiles y sólo se disocian

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ligeramente; los que muestran una afinidad pequeña son ácidos fuertes y pierden iones H con facilidad.

La tendencia de cualquier ácido a disociarse viene de su constante de disociación.

[H+] [A-]K = [HA]

La interrelación puede establecerse de modo convencional con la ecuación he Henderson-Hasselbach:

pH = pK + log [A-] / [HA]Donde:

[A-] = forma base del amortiguador (meq/L)[HA] = forma ácida del amortiguador (meq/L)

El pK de un grupo ácido corresponde al pH al cual las variantes protonada y no protonada se presentan con iguales concentraciones.La ecuación de Henderson-Hasselbach como ya se dijo describe el comportamiento de ácidos débiles y también de amortiguadores

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Amortiguación

Principios de amortiguación-Amortiguador es una mezcla de un ácido débil con su base conjugada (o viceversa).-Una solución amortiguada resiste cambios de pH drásticos.-Los líquidos del cuerpo contienen gran variedad de amortiguadores que representan una primera defensa importante contra los cambios de pH.

El amortiguamiento produce la liberación y captación de electrones.Los mecanismos homeostáticos que conservan el pH celular incluyen amortiguadores fisiológicos.Las soluciones de ácidos y bases débiles y sus bases conjugadas amortiguan con mayor eficiencia en el intervalo de pH equivalente a la pK +

- 2 unidades de pH.

10- PH DE LOS LÍQUIDOS INTRA Y EXTRACELULARES

PH DE ALGUNOS LÍQUIDOS CORPORALES

Jugo gástrico 1.2-3Cél. Prostática 4Cél. Muscular 6.1Saliva 6.4-6.9Hepatocito 6.9Sangre 7.4Líquido intersticial 7.4Jugo pancreático 7.8-8Osteoblastos 8

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11-PRINCIPALES SISTEMAS AMORTIGUADORES DEL PH EN LOS LÍQUIDOS CORPORALES

Los principales sistemas amortiguadores del organismo son HPO3 - H3PO4, hemoglobina – hemoglobinato, Proteínas- proteinatos, pero los más abundantes son HCO3- H2CO3.. Todos aceptan y liberan protones cuando hay cambios drásticos en el pH de nuestro cuerpo por ejemplo:

H+ + HCO3 H2CO3 CO2 + H2O

Amortiguadores del LIC•Los fosfatos orgánicos del LIC incluyen ATP, ADP, AMP, glucosa-1-fosfato y 2,3-difosfoglicerato (pK = 6.0 a 7.5).•Las proteínas intracelulares sirven como amortiguadores por su abundante

contenido de grupos –COOH/COO- o –NH3/NH2. •El amortiguador intracelular más significativo es la hemoglobina (pK de la oxihemoglobina = 6.7 y de la desoxihemoglobina 7.9).

Amortiguadores del LECAmortiguador HCO3/CO2•Se utiliza como la primera línea de defensa cuando el cuerpo pierde o gana

H+.•Características:

a) la concentración de la forma HCO3 es alta (24 meq/L).b) el pK es 6.1, bastante próximo al pH del LEC.c) el CO2 es volátil y se puede espirar por los pulmones.

12- MECANISMOS DE REGULACIÓN DEL PH SANGUÍNEO

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Los sistemas de amortiguadores y los mecanismos reguladores tienen la misma finalidad: controlar el pH.

Básicamente hay dos mecanismos de regulación que son el respiratorio o el metabólico, que son compensados el uno al otro en las diversas situaciones del pH, respectivamente se dan en los pulmones y el riñón con respecto al bicarbonato y ácido carbónico.

13- PARTICIPACIÓN DE LA HEMOGLOBINA EN EL TRANSPORTE DE CO2 Y EN LA REGULACIÓN DEL PH SANGUÍNEO

La hemoglobina es una proteína que está presente en los eritrocitos y tiene dos funciones muy importantes:

1) transporta el O2 desde el aparato respiratorio hasta los tejidos periféricos

2) transporta CO2 Y los protones desde los tejidos periféricos hasta los pulmones para la excreción subsecuente en ellos

La hemoglobina enlaza cuatro moléculas de oxígeno por tetrámero, es decir 4 por hem de cada subunidad, La facilidad del enlace de O depende de la misma presencia de O2 en el mismo tetrámero, por lo tanto se dice que la hemoglobina tiene una cinética de enlace cooperativa.

La oxigenación de la hemoglobina en los pulmones, se acompaña pues, de la expulsión y espiración subsecuente del CO2. Conforme éste se absorbe en la sangre, la anhidrasa carbónica en los eritrocitos cataliza la formación de ácido carbónico. El ácido carbónico se disocia rápidamente en un protón y

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bicarbonato. Para evitar la acidez de la sangre, un sistema amortiguador debe aceptar este exceso de protones. La hemoglobina enlaza dos protones por cada cuatro moléculas de oxígeno liberadas y así amortigua el pH de la sangre.

En los pulmones el proceso se invierte, es decir el oxígeno se enlaza a la hemoglobina desoxigenada, los protones se liberan y se combinan con el bicarbonato para formar ácido carbónico. Con ayuda de la anhidrasa carbónica, el ácido carbónico forma CO2, el cual se exhala.

14- TRASTORNOS DEL EQUILIBRIO ÁCIDO-BÁSICO

Hay principalmente 4 tipos de trastornos del equilibrio ácido básico:Acidosis respiratoia Alcalosis respiratoriaAcidosis metabólica Alcalosis metabólica

Acidosis respiratoria . Aquí existe un aumento del CO2, posiblemente por un problema respiratorio, lo que va a tener consecuencias en un aumento en la fracción ácida del sistema amortiguador por que se va a generar más ácido carbónico.El pH será menor de 7.4, va a haber secreción de iones H, el riñón va a retener HCO3 para tratar de compensar.Algunas patologías que las presentan son: mistenia grave, enfisema, poliomielitis o una sobredosis de sicotrópicos, asma y neumonía.

Alcalosis respiratoria. Aquí hay probablemente una hiperventilación, lo que aumenta la excreción de CO2 y causa que haya disminución de la fracción ácida, por lo tanto se generará una alcalosis.El pH será mayor de 7.4, el HCO3 va a disminuir un poco, disminuyen los iones H, poco CO2, el riñón trata de compensarAlgunas patologías que las presentan son: ingestión de estimulantes respiratorios, tumores vecinos al centro respiratorio, histeria, hiperventilación.

Acidosis metabólica. Aquí hay un aumento de producción de ácidos no volátiles en el organismo, hay una aumento de la fracción ácida en el sistema, el pH disminuye.. Hay menos HCO3, aumentan los iones H, la compensación va a ser pulmonar, que va a tratar de aumentar la excreción de CO2.Algunas patologías que las presentan son: cetoacidosis diabética, insuficiencia renal, diarreas, sobredosis de salicilicatos, enfermedades renales o diarrea.

Alcalosis metabólica. Resulta cuando se tienen grandes cantidades de álcali o bien se pierden ácidos en exceso, lo que va a ocasionar que que haya aumento en hco3 y en el pH del cuerpo. La compensación va a ser pulmonar disminuyendo la excreción de CO2.

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Algunas patologías que las presentan son:aspiración gástrica, vómitos frecuentes, sobredosis de bicarbonato de sodio, uso de diuréticos eliminadores de potasio, pérdida del HCl.

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BIBLIOGRAFÍA:

Punto 8Bioquimica de Harper 15ª ed. Manual moderno. pag. 22, 23, 24Bioquimica de Laguna. Pag. 178, 179, 180.Curso de fisiologia renal. Fabiola León-Velarde. Punto 9Bioquimica de Lenhinger 3ª ed. Pag. 49 y 50.Bioquimica de Harper 14ª ed. Pag. 23, 24, 25, 26.Curso de fisiologia renal. Fabiola León-Velarde. Punto 10Bioquimica de Lenhinger 3ª ed. Pag. 48.Punto 11Curso de fisiologia renal. Fabiola León-Velarde. Bioquimica de Harper 14ª ed. Pag. 26, 27.Punto 12Curso de fisiologia renal. Fabiola León-Velarde. Punto 13Curso de fisiologia renal. Fabiola León-Velarde. Bioquimica de Harper 14ª ed. Pag. 75, 79, 80.Punto 14Curso de fisiologia renal. Fabiola León-Velarde. Seminario de correlaciòn de Bioquimica clinica equilibrio àcido-bàsico departamento de Bioquimica facultad de medicina UJED.

Ma. Isabel Solís Ayala

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UNIDAD llAMINOACIDOS Y PÉPTIDOS

AMINOACIDOS

Los aminoácidos son compuestos orgánicos importantes y necesarios para el buen funcionamiento de nuestro organismo. Dentro de sus funciones, esta la de servir como las unidades o monómeros a partir de los cuales se constituyen las cadenas polipeptídicas de proteínas.

Las clases de aminoácidos, el orden en el cual se reúnen entre sì, y sus interrelaciones espaciales establecen las estructuras tridimensionales y las propiedades biológicas de las proteínas sencillas.

Los aminoácidos son los determinantes principales de la estructura y función de las proteínas complejas que contienen , además de los aminoácidos , el grupo hem, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos, entre otros.

Por otro lado en la naturaleza existen mas de 300 aminoácidos diferentes, sin embargo un subconjunto de 20 constituyen las unidades monoméricas a partir de las cuales se constituyen, como ya se había mencionado, los esqueletos polipeptídicas de las proteínas.

De esta manera es importante mencionar la clasificación y composición de los aminoácidos , así como su importancia biológica en el organismo, propiedades, entre otras importantes características de los aminoácidos que mencionaremos conforme se valla desarrollando el tema.

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1- GRUPOS FUNCIONALES Y EQUILIBRIO PROTÒNICO DE LOS L- ALFA- AMINOACIDOS

Los aminoácidos están constituidos por grupos funcionales, un grupo amino

( -- NH ), y un grupo carboxilo ( -- COOH ).

En un alfa- aminoácido, ambos grupos están adheridos al mismo átomo de carbono, denominado carbono alfa, ligado a el se encuentra un grupo variable, el grupo R. Es en dichos grupos R donde las moléculas de los 20 alfa-aminoácidos se diferencian unas de otras.

Por ejemplo en la glicina, el grupo R se compone de un único átomo de hidrógeno. En otros aminoácidos el grupo R es mas complejo, conteniendo carbono e hidrogeno, así como oxigeno, nitrógeno y azufre.

La formula general estructural de los 20 alfa- aminoácidos, llamados también aminoácidos corrientes es la siguiente:

H

R C COOH

NH

Los átomos del carbono alfa de todos los aminoácidos, excepto la glicina, se hallan unidos a cuatro grupos químicos diferentes, siendo esta la característica de un átomo de carbono asimétrico y un centro quiral.

Los isómeros de la molécula alrededor del centro quiral pueden representarse sòlo mediante dos modelos tridimensionales.

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Los dos isómeros se diferencian en la dirección en la que hacen girar el plano de luz polarizada, estos pares de isómeros reciben el nombre de enantioformos.

Un compuesto que hace girar el plano de la luz polarizada en la dirección de las agujas del reloj es dextrógiro (+), en oposición al compuesto, levógiro (-).

2- CLASIFICACIÓN DE LOS L-ALFA- AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las proteínas. Un aminoácido (libre, sin polimerizar) siempre tiene:

- Un grupo amino -NH2

- Un grupo carboxilo -COOH

- Un hidrógeno -H

- Una cadena lateral -R

Estos cuatro elementos están unidos entre sí a través de un carbono central, conocido como

carbono

Puesto que estos cuatro elementos son diferentes (excepto en el caso de la glicina), los aminoácidos son estereisómeros. Sólo encontramos L-aminoácidos en las proteínas.

En solución acuosa a PH neutro, los grupos amino y carboxilo están ionizados. La molécula se comporta como un dipolo.

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TIPOS DE AMINOÁCIDOS

Los aminoácidos se distinguen unos de otros por la cadena lateral R. Aunque existen muchos más, sólo hay 20 aminoácidos codificables para la síntesis de proteínas. De una cadena lateral a otra hay una serie de diferencias químicas (ej. carga), estructurales, de tamaño, etc.

Habitualmente se a

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rupan como sigue:

Aminoácidos alifáticos

Son hidrofóbicos y por ello tienen tendencia a situarse en el interior de las proteínas globulares cuando están en solución acuosa.

- Glicina (Gly; G): es el más simple de todos, el único que no tiene actividad óptica (no es estereoisómero). Su cadena lateral es un átomo de hidrógeno.

- Alanina (Ala; A): tiene un grupo metilo como cadena lateral.

- Valina (Val; V): tiene una cadena lateral algo mayor y ramificada. Por ello es más hidrofóbico.

- Leucina (Leu; L): muy similar a la valina, pero con un grupo metilo más.

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- Isoleucina (Ile; I): similar a la leucina, pero con diferente orientación de los átomos de la cadena lateral. Tiene dos centros de asimetría.

- Prolina (Pro; P): diferente al resto de los aminoácidos en que la cadena lateral, además de estar unida al carbono alfa, también lo está al grupo amino. Aunque alifático, no es tan hidrofóbico como los demás.

 

Aminoácidos aromáticos

Poseen un anillo aromático en la cadena lateral. Debido a ello, son altamente hidrofóbicos.

- Fenilalanina (Phe; F): contiene un anillo bencénico unido al carbono alfa a través de un grupo metilo.

- Tirosina (Tyr; Y): posee un grupo hidroxilo al final, lo que le hace ser menos hidrofóbico y le da carácter reactivo.

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- Triptófano (Trp; W): tiene un anillo indol unido entre el metilo y el anillo bencénico. Es muy hidrofóbico.

 

Aminoácidos que contienen azufre

- Cisteína (Cys; C): contiene un grupo sulfihidrilo (-SH). Es extremadamente reactivo y puede formar puentes de hidrógeno. Además, puede formar puentes disulfuro (S-S; enlace covalente)

    La unión de dos cisteínas mediante puente disulfuro se llama cistina.

- Metionina (Met; M): se trata de un aminoácido muy especial, puesto que comienza con él el proceso de transcripción de proteínas. Tiene una cadena altamente hidrofóbica. El azufre es relativamente poco reactivo.

 

Aminoácidos hidrofílicos

Los hay de carácter ácido, neutro y básico.

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Aminoácidos ácidos: son altamente polares y cargados negativamente a PH fisiológico.

    - Ácido aspártico (Asp; D): también conocido como aspartato, ya que a PH fisiológico está disociado y cargado negativamente.

   

    - Ácido glutámico (Glu; E): análogamente, se le conoce también como glutamato.

   

 

Aminoácidos básicos: contienen cadenas laterales cargadas positivamente a PH fisiológico.

    - Lisina (Lys; K): tiene una de las cadenas más largas de todos los aminoácidos. Aunque pudiera parecer una cadena carbonada hidrofóbica es muy polar debido a la presencia de un grupo amino terminal.

   

    - Arginina (Arg; R): tiene la más larga de las cadenas laterales. Debido al grupo guanidino unido a la cadena lateral, pose un pKa alto y está cargada positivamente a PH fisiológico.

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    - Histidina (His; H): tiene un anillo imidazólico que a menudo se sitúa en el centro activo de los enzimas y ayuda a crear o destruir enlaces. Es posible ello porque puede existir en dos formas, cargada positivamente o neutra.

   

Aminoácidos neutros: no están cargados a PH fisiológico. sin embrago, todos tienen grupos polares en sus cadenas laterales, que pueden formar puentes de hidrógeno.

    - Serina (Ser; S): El grupo OH lo hace altamente reactivo. Es polar y forma puentes de hidrógeno.

   

    - Treonina (Thr; T): altamente reactivo e hidrofílico. Tiene dos centros de asimetría, al igual que isoleucina.

   

   

- Asparagina (Asn; N): es la versión amida derivada del ácido aspártico.

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    - Glutamina (Gln; Q): es la versión amida derivada del ácido glutámico.

   

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A CARACTERÍSTICAS DE CRUPOS R

- HIDROXILADOS (OH) - AZUFRADOS ( SH ) - ALIFÁTICOS - Serina - Cisteína - Glicina - Leucina - Treonina - Metionina - Alanina - Isoleucina - Tirosina - Valina

- BÁSICOS - ÁCIDOS - IMINOÁCIDOS - Histidina - A. Glutámico

- Prolina - Arginina - A. Aspártico - Lisina

- AROMÁTICOS - Histamina - Fenilalanina - Triptófano - Tirosina - Prolina

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ESENCIALIDAD EN LA DIETA

Hasta el momento han sido identificados 20 aminoácidos necesarios para el crecimiento y metabolismo humanos. De esos 20, once para niños y doce para adultos se consideran no esenciales, pues son aquellos que nuestro organismo puede sintetizar o formar y por lo tanto no es imprescindible obtenerlos de los alimentos. Los 8-9 restantes se denominan aminoácidos esenciales debido a que el cuerpo humano no los sintetiza y, por lo tanto, debe ser parte esencial de nuestra alimentación diaria. La ausencia de uno de estos aminoácidos esenciales impide la formación de la proteína que lo contiene y por lo tanto el tejido que la requiere no puede ser mantenido.Aminoácidos no esenciales: Alanina, arginina, asparagina, acido aspártico, cistenina, ácido glutámico, glicina, prolina, serina, tirosina, histidina (en adultos).Aminoácidos esenciales: isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano, valina, histidina (en niños).Las denominadas proteínas completas - es decir, que contienen todos los aminoácidos esenciales- en general se encuentran en alimentos tales como carnes, huevos, lácteos y derivados. Es interesante destacar que las proteínas de los vegetales y los cereales son incompletas, o sea, no aportan todos los aminoácidos esenciales. Este concepto es muy importante para las personas vegetarianas.La mayoría de las personas necesitan ingerir del 10% al 15% de su consumo calórico total en proteínas; esto viene a ser aproximadamente 0,75 gramos por kilogramo de peso corporal al día. De esta forma, un hombre de 70 kilos y una mujer de 55 kilos necesitan de 50 a 60 gramos y de 40 a 50 gramos al día, respectivamente. Las proteínas requeridas pueden obtenerse fácilmente con dos o tres raciones de alimentos ricos en proteína animal o con cuatro raciones de alimentos con proteína vegetal variados, como cereales integrales, verduras, legumbres, frutos secos y semillas.

CLASIFICACIÓN DE ACUERDO AL REQUERIMIENTO EN EL ORGANISMO

ESENCIALES ( No son sintetizados por el organismo)

NO ESENCIALES ( El organismo es capaz de sintetizarlos )

- Histamina (en la lactancia) - Glicina - Leucina - Tirosina - Isoleucina - A. Glutámico - Fenilalanina - A. Aspártico - Valina - Asparagina - Lisina - Serina - Metionina - Cisteína - Arginina (en la lactancia) - Alanina - Triptófano - Prolina - Treonina - Glutamina

3- PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS

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PROPIEDADES ÁCIDO-BÁSICAS DE LOS AMINOÁCIDOS.

Considerando las especies iónicas corrientes de los aminoácidos:Los aa cristalizados poseen un punto de fusión o de descomposición relativamente elevado, generalmente por encima de 200°c.Los aa se encuentran y cristalizan a partir de las disoluciones acuosas neutras en forma de iones dipolares, llamadas también iones híbridos en lugar de hacerlo en forma de moléculas no disociadas.Cuando se disuelve en el agua un ion híbrido cristalizado, como la alanina, puede actuar como ácido o como base.

Las sustancias que poseen estás propiedades son anfóteras y se llaman anfolítos.La alanina se considera como un ácido dibásico cuando se halla en su forma totalmente protonizada; puede ceder protones durante su valoración completa con una base.

Ninguno de los aminoácido monoamino- monocarboxílicos posee capacidad de tamponamiento significativo en la zona de pH fisiológico, es decir, entre pH 6-8. Muestran capacidad de tamponamiento en las zonas próximas de sus valores de pKa. Solamente existe un aminoácido con capacidad de tamponamiento entre pH 6-8 se trata de HISTAMINA.El formaldehído en exceso se combina fácilmente co0n los grupos amino libre (es decir no protonizados) de los aminoácidos y origina metilol derivados. Esta reacción provoca que un aminoácido isoeléctrico pierda un protón del grupo amonio del ion híbrido. El protón así liberado puede valorarse directamente con NaOH hasta el punto final de la fenoftaleína pH 8. Este sistema de valoración de aminoácidos o de mezclas de aminoácidos en presencia de exceso se formaldehído (valoración con formol) se utiliza para seguir la formación de aminoácidos libres durante la hidrólisis de las proteínas por enzimas proteolíticas.

ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS

Tres aminoácidos: tirosina, triptófano y fenilalanina absorben luz significativamente en el espectro ultravioleta. Puesto que muchas proteínas contienen restos de tirosina, las medidas de absorción de la luz a 280nm en un espectrofotómetro constituyen el medio conveniente de determinar el contenido en proteína de una disolución.Todos los aminoácidos absorben en el ultravioleta lejano (menor que 220nm).El triptófano, la tirosina y la fenilalanina tienen más capacidad de absorción (280nm); la capacidad normal de absorción es de 220nm.

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CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU SOLUBILIDAD

No Polares Hidrofóbicos

Polares Hidrofílicos

- Alanina - Prolina - Glicina - Tirosina - Valina - Triptófano - Serina - Asparagina - Leusina - Fenilalanina - Treonina - Glutamina - Isoleusina - Cisteína

- Con metanol o etanol se hacen solubles.

( + ) ( - ) - Histidina - A. Glutáminco - Arginina - A. Aspártico - Lisina

REACCIONES QUÍMICAS DE LOS AMINOÁCIDOS

Corresponden a las de sus grupos funcionales, es decir:A) Reacciones de grupos Carboxilo.- conducentes a la formación de amidas, ésteres y haluros de acilo.La esterificación de los aminoácidos con etanol o con alcohol bencilo, se utiliza para proteger el grupo carboxilo de los aminoácidos en la síntesis química de los péptido.Reducción de un medio anhidro con el potente reductor brohidruro de litio para obtener el correspondiente alcohol primario.

B) Reacciones con grupos AminoEl grupo alfa-amino de los aminoácidos puede asilarse por tratamiento con anhídridos o haluros de ácidos. Un reactivo utilizado es el CLOROCARBONATO DE BENCILO que rinde el correspondiente benciloxicarbonilo derivado del aminoácido designado frecuentemente como cárbobenzoxiderivado.La Reacción amino más característica es: la reacción Ninhidrina para valorar los aminoácidos cuantitativamente, por calefacción de un alfa-aminoácido con dos moléculas de ninhidrina da un producto intensamente coloreado (púrpura), con todos los aminoácidos y péptidos que poseen grupos alfa-amino libres, mientras que la prolina y la hidroxiprolina, en los que el grupo alfa-amino se halla sustituido, rinden derivados algo diferentes que poseen un color amarillo algo característico.

C)Reacciones de los grupos R

Son reacciones coloreadas cualitativas típicas de las funciones presentes en sus grupos R, tales como el grupo tiol de la cisteína, el grupo hidroxilo fenólico de la tirosina y el grupo guanidinio de la arginina.- Una reacción importante y característica del grupo tilo ocurre con metales pesados tales como Hg y Ag con los que forma mercáptidos.

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- La cistina forma oxidasa de la cistina, tiene un grupo disulfuro que actúa como enlace covalente transversal entre cadenas polipeptídicas o entre dos puntos de la misma cadena. Los enlace disulfuro transversales pueden escindirse por la acción de agentes reductores como el mercaptoetanol que rinde dos moléculas de cisteína, que puede ser oxidada también mediante el ácido perfórmico y origina dos moléculas de ácido cistéico.

ESPECTROS DE ABSORCIÓN

Los tres aminoácidos tirosina, triptófano, y fenilalanina absorven luz significativamente en el espectro ultravioleta. Puesto que muchas proteínas contienen restos de tirosina, las medidas de absorción de la luz a 280nm es un espectrofotómetro constituyen un medio conveniente de determinar el contenido en proteína de una disolución. Todos los aminoácidos absorben en el ultravioleta lejano ( menor de 220nm).

REACCIÓN CON NINHIDRINA Y FLUORESCAMINA

Ninhidrina. La ninhidrina (hidrato de tricetohidrindeno) reacciona con los aminoácidos en medio ácido (pH entre 3 y 4) y en caliente produciendo amoniaco, dióxido de carbono y un complejo de color púrpura azulado. Todos los aminoácidos primarios forman el mismo complejo tras su reacción con ninhidrina, haciendo este agente inapropiado para la precolumna de derivatización. La mayoría de columnas de HPLC de intercambio catiónico utilizadas para el análisis de aminoácidos con postcolumna basada en la ninhidrina todavía emplean resinas de sulfonato de poliestireno/divinilbenceno.Los primeros sistemas automáticos para el análisis de aminoácidos descritos en 1958 basados en la separación de aminoácidos por cromatografía de intercambio catiónico y posterior reacción con ninhidrina, permanecen hoy día como la metodología más fiable para el análisis de aminoácidos en péptidos y proteínas. Analizadores comerciales basados en esa metodología están disponibles en compañías como Beckman y Pharmacia. A altas temperaturas ( 100ºC), todos los aminoácidos primarios reaccionan con dos moléculas de ninhidrina para formar un cromóforo (púrpura de Ruthermann) con máxima absorción a 570 nm.En la cuantificación de los aminoácidos individuales puede utilizarse el coeficiente de absorción molar del compuesto coloreado, aunque su valor varía de un aminoácido a otro y debe determinarse para las condiciones particulares del análisis. Sin embargo, se debe escoger un valor de referencia para utilizarlo en la cuantificación de los aminoácidos totales de una mezcla.La reacción coloreada de la ninhidrina se utiliza en trabajos analíticos, así como en la visualización de las bandas de los aminoácidos después de su separación por electroforesis o por cromatografía. El reactivo que se utiliza en estas circunstancias se prepara generalmente disuelto en etanol; cuando se añade 2,4-6colidina, las diferencias de color entre cada mancha ayudan a la identificación de los distintos aminoácidos

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Fluorescamina.La fluorescamina fue también introducida como una posible alternativa a la ninhidrina en postcolumnas de derivatización. Todas las aminas primarias reaccionan con la fluorescamina en medio básico (pH 9-11) dando un producto fluorescente con un incremento en sensibilidad de detección mayor que la ninhidrina, aunque la fluorescamina por si misma no tiene fluorescencia. El producto fluorescente es inestable en disolución acuosa y el reactivo debe prepararse en acetona. Las aminas secundarias no reaccionan, a menos que se conviertan previamente en aminas primarias, lo que puede hacerse con N-clorosuccinimida, hipoclorito o cloramina-T. Aunque el reactivo tiene interés por su rápida velocidad de reacción con los aminoácidos a temperatura ambiente, la reacción no es tan sensible como la de la ninhidrina.

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PROPIEDADES ÁCIDO-BÁSICAS DE LOS AMINOÁCIDOS

El conocimiento de las propiedades ácido~básicas de los aminoácidos es sumamente importante en la comprensión y el análisis de las propiedades de las proteínas.

Por otra parte, todo el arte de la separación, la identificación y la valoración cuantitativa de los diferentes aminoácidos, que son etapas necesarias en la determinación de la composición de los aminoácidos y de la secuencia de las proteínas, se basa en su conducta ácido~base.

Consideremos, en primer lugar, las especies iónicas corrientes de los aminoácidos. Los aminoácidos cristalizados poseen puntos de fusión o de descomposición relativamente elevados; generalmente por encima de los 200 °C son mucho más solubles en el agua que en los disolventes no polares.

Tales propiedades son, precisamente, las que deben esperarse si el retículo de las moléculas de los aminoácidos en estado cristalino está estabilizado por fuerzas electrostáticas de atracción entre grupos con cargas opuestas, como ocurre en el elevado punto de fusión de la red cristalina de las sales, como el cloruro sádico.

Si los aminoácidos cristalizasen en una forma no iónica, quedarían estabilizados por las fuerzas de van der Waals, mucho más débiles, y tendrían puntos de fusión bajos.

Los aminoácidos se encuentran y cristalizan a partir de las disoluciones acuosas neutras en forma de iones dipolares llamados también iones híbridos, en lugar de hacerlo en forma de moléculas no disociadas.

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Cuando se disuelve en el agua un ion híbrido cristalizado, como la alanina, puede actuar o bien como ácido, (dador de protones) o como base (aceptor de protones):

Como ácido: H3nNCH(CH3)C00- H+ + H2NCH(CH)3,COO-

Como base: H+ + H3NCH(CH3)COO- H3NCH(CH3)COOH

Las sustancias que poseen esta propiedad son anfóteras (del griego amphi: «ambos») y se llaman anfólitos locución abreviada de «electrolitos anfóteros».

El comportamiento ácido-base de los anfolitos se formula sencillamente en términos de la teoría de ácidos y bases de Brónsted-Lowry.

Un alfa-aminoácido sencillo, monoamino y monocarboxílico, por ejemplo la alanina, es considerado como un ácido dibásico cuando se halla en su forma totalmente protonizada; puede ceder dos protones durante su valoración completa con una base.

** Formas no ionizadas y de ion híbrido de los aminoácidos

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4- COMPORTAMIENTO DE LOS AMINOÁCIDOS EN SOLUCIÓN A DISTINTOS VALORES DE PH

Dependiendo del pH los aminoácidos pueden tener carga neta positiva, negativa o cero.Los aminoácidos portan por lo menos dos grupos ácidos débiles ionizables, un COOH y un NH3. En solución dos formas de estos grupos, uno con carga y otra sin carga, existen en equilibrio protónico:

R – COOH R – COO + H

R – NH3 R – NH2 + H El RCOOH y el RNH3 representan los miembros protonados acidicos en estos equilibrios el RCOO y el RNH3 son ácidos débiles el RCOOH es un ácido con mayor fuerza que el RNH3. Al pH del plasma sanguíneo o al liquido intracelular (7.4 y 7.1 respectivamente), los grupos carboxilos existen casi enteramente como iones carboxilato RCOO.A estos valores de pH, la mayor parte de los grupos amino están predominantemente en la forma asociada (protonina), R- NH3. En un pH suficientemente bajo para ionizar al grupo carboxilo, el grupo amino, el ácido mas débil también se protonaria.

Si el pH se eleva gradualmente el protón del ácido carboxílico se perdería mucho antes que el RNH3.

A cualquier pH suficientemente alto para que predomine la base conjugada sin carga del grupo amino, un grupo carboxilo estará presente como ion carboxilato( R – COO ).

A un pH isoeléctrico (pI) un aminoácido tiene carga neta de cero. El pH isoeléctrico es el pH que esta en medio de los valores de pk de ambos lados de la especie isoeléctrica:

PI = (PK 1 + PK2)/ 2

Donde pk es el pk de los grupos disociables de un aminoácido.

El grupo alfa-carboxilo de los ácidos monoamino-monocarboxílicos es un ácido más fuerte que el grupo carboxilo de los ácidos alifáticos comparables, tales como el ácido acético (pK' = 4,76). El incremento de la fuerza ácida de este grupo está originado por la presencia del grupo alfa-amonio, que atrae

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electrones, y por su carga positiva que produce un efecto de campo intenso, incrementando de este modo la tendencia del hidrógeno carboxílico a disociarse como un protón.El grupo alfa-amino de los ácidos monoamino-monocarboxílicos es un ácido más fuerte (o una base más débil), que el grupo amino de las aminas alifáticas comparables.Todos los aminoácidos monoamino-monocarboxílicos que poseen grupos R sin carga tienen valores casi idénticos de pK'I, y también lo son los valores de pK'2,Ninguno de los aminoácidos monoamino-monocarboxílicos posee capacidad de tamponamiento significativa en la zona de pH fisiológico, es decir, entre pH 6,0 y 8,0. Muestran capacidad de tamponamiento en las zonas próximas a sus valores de pK', es decir, en las zonas de pH 1,3 a 3,3 y de pH 8,6 a 10,6. Solamente existe un aminoácido con capacidad de tamponamiento significativa entre pH 6 a 8; se trata de la histidina.

El grupo beta-carboxilo del ácido aspártico y el gamma-carboxilo del ácido glutámico, aunque se hallan totalmente ionizados a pH 7,0, poseen valores de pK' considerablemente más elevados que los correspondientes valores de pK' de los grupos alfa-carboxilos, y más aproximadamente iguales a los de los ácidos carboxílicos sencillos, tales como el ácido acético.El grupo tiol o sulfhidrilo (-SH) de la cisteína y el grupo p-hidroxí de la tirosina son ácidos muy débiles. A pH 7,0 el primero de ellos está ionizado alrededor de un 8%, y el segundo un 0,01%.

El grupo E-amino de la lisina y el grupo guanidinio de la arginina son fuertemente básicos; sólo pierden sus protones a valores de pH muy elevados. A pH 7.0 estos aminoácidos poseen carga positiva neta.Las curvas de valoración de los aminoácidos con grupos R que se ionizan son mas complejas, puesto que son una combinación de curva correspondiente a la disociación del grupo R y las curvas de valoración de los grupos alfa–amino y alfa-carboxilo.

** Curvas de valoración del ácido glutámico, de la lisina y de la histidina. El pk’ del grupo R se designa momo pK’R.

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5- ENLACE PEPTIDICO

El enlace peptídico es el único enlace covalente existente entre aminoácidos.La formación del enlace peptídico involucra la eliminación de 1 mol de agua entre el grupo alfa- amino de un aminoácido y el grupo alfa carboxilo de un segundo aminoácido.

**aminoácidos unidos por un enlace peptídico.

El enlace peptídico posee carácter parcial de doble enlace C N , suponeuna clara restricción para la forma de la molécula, siendo posible la rotación libre solo alrededor de los enlaces C R, C NH3 y C COO. Cuando un estructura polipetidica presenta esta flexibilidad máxima se dice que tiene una conformación aleatoria, siendo esta la forma tridimensional de la molécula.Por otro lado , existen otras propiedades características de los polipéptidos en las cuales tienden a estabilizar la molécula de un a forma mas rígida, mediante:

Enlaces de hidrogeno

Interacciones iónicas

Interacciones hidrofóbicas

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PÉPTIDOS

La polimerización de los L-alfa- aminoácidos mediante enlaces peptídicos, constituye el marco estructural para las proteínas, formando de esta manera los péptidos.

Los pépticos son de gran interés biomédico ya que muchas hormonas importantes son péptidos, y pueden emplearse para corregir los estados de deficiencia correspondientes, por ejemplo, la administración de insulina a pacientes con diabetes mellitus.Del mismo modo ciertos antibióticos son péptidos como por ejemplo la valinomicina y gramicidina A, asì como algunos antitumorales como la bleomicina.

Por otro lado con el avance de la tecnología se pueden sintetizar otros pépticos, también disponibles en la naturaleza solo en cantidades pequeñas para utilizarlos en vacunas.

ESTRUCTURA DE LOS PÉPTIDOS

Los péptidos sencillos que contienen dos, tres , cuatro o mas restos aminoácidos es decir, los dipéptidos, tripéptidos, tetrapéptidos, etc. que se hallan unidos covalentemente, proceden de la hidrólisis parcial de cadenas polipeptídicas de las proteínas mucho mas largas.

Los péptidos se forman también en el tracto gastrointestinal durante la digestión de las proteínas por las proteasas, enzimas que hidrolizan los enlaces peptidicos. Los péptidos se designan a partir de sus restos aminoácidos componentes en la secuencia que comienza con el resto aminoterminal (N-terminal).

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Estructura de un pentapéptido. Los péptidos se designan comenzando por el resto N-terminal. Los péptidos pueden considerarse como amidas sustituidas. A semejanza del grupo amida, el enlace peptídico muestra un elevado grado de estabilización por resonancia. El enlace simple C – N del enlace peptídico posee alrededor del 40% de carácter de enlace doble y el enlace doble C = O posee cerca de 40% de carácter de enlace simple.Este hecho determina dos consecuencias importantes:

1) el grupo imino (-NH-) del enlace peptídico no posee tendencia significativa a ionizarse o a captar protones en el intervalo de pH entre 0 y 14.2

2) el enlace C – N del enlace peptídico es relativamente rígido y no puede girar libremente, propiedad que es de suprema importancia con respecto a la conformación tridimensional de las cadenas polipeptídicas.

PROPIEDADES ACIDO-BASE DE LOS PÉPTIDOS

Los péptidos poseen habitualmente puntos de fusión elevados, lo cual indica que cristalizan de las disoluciones neutras en forma de retículo iónico, como iones dipolares igual que los aminoácidos.

El comportamiento ácido-base de los péptidos viene determinado por el grupo alfa-amino libre del resto N-terminal, por el grupo alfa-carboxilo libre del resto carboxil-terminal (C-terminal) y por los grupos R de los restos situados en posiciones intermedias que pueden ionizarse. En las cadena polipeptídicas largas los grupos R que se ionizan sobrepasan en gran número a los grupos ionizables de los restos terminales.

Los valores de pk’ de los grupos R en los péptidos cortos se aproximan mucho a los que exhiben los correspondientes alfa-aminoácidos libres.Las curvas de valoración ácido-base de los péptidos cortos son muy semejantes a las de los alfa-aminoácidos libres.

Las especies iónicas predominantes en las diferentes etapas de las curvas de valoración son comparables a las de los aminoácidos libres. Los péptidos poseen también un pH isoeléctrico que puede calcularse a partir de sus valores de pK’.

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6- PÉPTIDOS DE ACTIVIDAD BIOLOGICA

Las células animales, vegetales y bacterianas contienen diversos polipéptidos de peso molecular bajo (3 a 100 residuos de animoácidos) que tienen actividad fisiológica importante. Algunos incluyendo la mayoría de las hormonas polipeptídicas de los mamíferos, contienen solo enlaces peptídicos formados entre los grupos alfa-amino y alfa-carboxilo, de los L-alfa-aminoácidos de las proteínas, en los polipéptidos también pueden existir aminoácidos o derivados de aminoácidos proteínicos adicionales.

GLUTATIONHallado en todas las células de los animales superiores, contiene un resto de ácido glutámico unido mediante un enlace peptídico poco frecuente en el que interviene su grupo α-carboxilo en lugar de su grupo α-carboxilo.

En el cual el glutamato amino terminal esta enlazado a la cisteina por un enlace alfa no peptídico, es requerido por varias enzimas. El glutatión y la enzima glutatión reductasa participan en la formación de los puentes disulfuro correctos de numerosas hormonas proteínicas y polipeptídicas así como también en el metabolismo de los xenobióticos.

Actúa como componente de un sistema de transporte aminoácido como activador de determinadas enzimas y como protector de los lípidos contra la oxidación, se sintetiza en dos etapas a partir de L-glutamato, L-cisteina y glicina. Por cada enlace peptídico formado una molécula de ATP resulta degradada a ADP y fosfato:

Glutamato + cisterna + ATP--------- -glutamilcisteina + ADP + Pi

-glutamilcisteina + glicina + ATP------------ Glutatión + ADP + Pi

ANTIBIOTICOS POLIPEPTIDICOSElaborados por hongos, contienen aminoácidos D y L, así como otros no presentes en las proteínas. Ejemplo: la valinomicina, tirocidina y la gramidicina S, polipéptidos cíclicos que contienen D-fenilalanina y el aminoácido no proteico ornitina.

HORMONA LIBERADORA DE TIROTROPINA (TRH)El glutamato amino terminal experimenta ciclización a ácido piroglutamico y el carboxilo del propio carboxilo terminal se amida.

Un polipéptido de mamífero puede contener más de un péptido con actividad fisiológica potente. Dentro de la estructura primaria de la beta-lipotropina (hormona hipofisiaria que estimula la liberación de ácidos grasos del tejido

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adiposo) hay secuencias de aminoácidos que son comunes a otras hormonas polipeptídicas con actividades biológicas diversas.

OXITOCINAEn 1953 V. du Vigneaud y sus colaboradores, lograron la síntesis de las hormonas de la pituitaria posterior oxitocina y vasopresina que contienen 9 restos aminoácidos.

Los impulsos neurales que resultan de la estimulación de los pezones son el estimulo primario para la liberación de oxitocina, la distensión vaginal y uterina son los estímulos secundarios.

La prolactina PRL se libera por muchos de los estímulos que liberan oxitocina y se ha propuesto un fragmento de la oxitocina como el factor liberador de la prolactina.

El estrógeno estimula la producción de oxitocina y de neurofisina I y la progesterona la inhibe.

Se desconoce el mecanismo de acción de la oxitocina, causa contracción del músculo liso uterino y por eso se emplea en cantidades farmacológicas para inducir el parto humano.

En los animales, las hembras preñadas en las que se ha destruido la vía hipotálamo-hipófisis, no necesariamente tiene problemas para parir.La función fisiológica más probable de la oxitocina es estimular la contracción de las células mioepiteliales que rodean a los alvéolos mamarios. Esto facilita el movimiento de la leche en el sistema de conductos alveolares y permite la expulsión de la leche.

Los receptores de membrana para la oxitocina se localizan tanto en el tejido uterino como en el mamario. Estos receptores aumentan en número por la presencia de estrógenos y disminuyen por la progesterona. La elevación de los estrógenos, con la caída de progesterona, que se produce inmediatamente antes del parto, es una explicación probable para el comienzo de secreción Láctea antes del nacimiento.

La oxiticina y la neurofisina I son producidas en el ovario, en donde la oxitocina puede inhibir la esteroidogénesis.

Los grupos químicos importantes para la acción de la oxitocina son el amino primario de la cisterna, amino terminal, el fenólico de la tirosina, los tres grupos carboxiamídicos de asparagina, glutamina y glicinamida y el enlace disulfuro (S-S). Mediante la supresión de estos grupos se han producido numerosos análogos de la oxitocina.

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Ej. La eliminación del grupo amino primario libre del residuo de cisterna central produce desamino oxitocina, la cual tiene una actividad antidiurética 4 a 5 veces superior ala oxitocina.

ANGIOTENSINALa renina (enzima producida en las células yuxtaglomerulares de la arteriola aferente renal) actúa sobre el sustrato angiotensinogeno (alfa globulina sintetizada en el hígado) para producir el decapeptido angiotensina I.La síntesis de angiotensinogeno se potencia por glucocorticoides y estrógenos. La hipertensión vinculada a estas hormonas puede deberse en parte al incremento de la concentración de angiotensinogeno plasmático.

La enzima convertidora de angiotensina, una glucoproteina encontrada en pulmón, células endoteliales y plasma, elimina 2 aminoácidos del extremo carboxiterminal del decapeptido angiotensina I para formar angiotensina II en un paso que se considera no limitante de la velocidad.

Varios nonapéptidos análogos ala angiotensina I inhiben a la enzima convertidota y se utilizan para tratar la hipertensión dependiente de renina. Estos también se conocen como inhibidores ACE (enzima convertidota de angiotensina). La enzima convertidota también degrada la bradicinina, un vasodilatador potente, por tanto esta enzima aumenta la presión arterial por dos vías distintas.

La angiotensina II incrementa la presión arterial al causar vaso constricción de las arteriolas y es la sustancia vaso activa más potente conocida. Inhibe la liberación de renina de las células yuxtaglomerulares y es un estimulador potente de la producción de aldosterona.

Aunque la angiotensina II estimula directamente a la suprarrenal, no tiene efecto sobre la producción de cortisol. En algunas especies la angiotensina II, se convierte en heptapeptido des – Asp , Angiotensina III, estimulador igualmente potente de la producción de aldosterona.

En humanos la concentración plasmática de angiotensina II es 4 veces mayor que la angiotensina III, asi la mayor parte de los efectos los ejerce el octapéptido. Las angiotensinas II y III se inactivan con rapidez por las angiotensinasas.

La angiotensina II se une a receptores específicos de las células glomerulares.La interacción de la hormona con el receptor no activa a la adenilil ciclasa y al parecer el CAMP no media la acción de esta hormona.

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Las acciones de la angiotensina II, que consisten en estimular la conversión del colesterol a pregnenolona y de la corticosterona a 18-hidroxicorticosterona y aldosterona, pueden comprender cambios en la concentración del calcio intracelular y de los metabolitos de fosfolípidos.

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7- TECNICAS DE SEPARACION DE AMINOACIDOS Y PEPTIDOS

CROMATOGRAFIAS

Los métodos cromatográficos pueden aplicarse no solamente a la separación, identificación y análisis cuantitativo de mezclas de aminoácidos, sino también de pépticos, proteínas, nucleótidos, ácidos nucleicos, lípidos e hidratos de carbono.En todas las separaciones cromatografías, las moléculas son separadas dentro de una fase estacionaria y una móvil. La separación depende de la tendencia de las moléculas en la mezcla para asociarse con mayor fuerza a una o a otra fase.

CROMATOGRAFIA EN PAPEL

Para este tipo de cromatografía, se coloca una gota de solución que contenga uno o mas aminoácidos a unos 5cm del borde de una tira de papel filtro, la tira se coloca en un vaso cerrado donde su extremo entra en contacto con un solvente generalmente un alcohol de bajo peso molecular en solución saturada con agua que contiene un ácido o una base. Después de la migración del solvente sobre el papel, se seca la tira, se trata con ninhidrina en acetona y se calienta un poco, entonces las posiciones de los aminoácidos aparecen como puntos de color púrpura.

Los aminoácidos con grandes cadenas laterales no polares emigran más que los que tienen cadenas laterales más cortas no polares o cadenas laterales polares. Esto refleja la mayor solubilidad relativa de las moléculas polares en la fase estacionaria hidrófila y de las moléculas no polares en solventes orgánicos.

Para una serie no polar (Gli, Ala, Val, Leu) a mayor longitud de la cadena lateral no polar se incrementa su carácter no polar, lo cual incrementa su movilidad.

La relación entre la distancia recorrida por una aminoácido con la distancia que viaja el solvente, medidas ambas desde el sitio marcado para la aplicación de la mezcla de aminoácidos, se designa como valor Rf (movilidad relativa con el solvente) de ese aminoácido.

Rf = Distancia corrida por la muestra               Distancia solvente

Los valores Rf para un aminoácido dado varían de acuerdo con las condiciones experimentales, por ejemplo según el solvente usado. Aunque es posible identificar tentativamente un aminoácido solo por su valor Rf, es

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preferible hacer la cromatografía estándar de aminoácidos conocidos de manera simultánea con la mezcla desconocida. Luego la movilidad puede expresarse en relación a la de un estándar.

Las movilidades expresadas como relativas a un estándar varían menos que los valores Rf de un experimento a otro.

CROMATOGRAFIA EN CAPA FINA

Hay dos tipos distintos en cromatografía en capa fina.-Cromatografía en capa fina por partición. CCFP-Cromatografía en capa fina de Absorción CCFA

En la CCFP, la resolución implica partición de los elementos de una mezcla entre 2 fases liquidas, una estacionaria y otra móvil de polaridad diferente, conforma la fase móvil pasa sobre la estacionaria. La separación se produce por la diferencia de solubilidad de los componentes en las fases estacionaria y móvil.

En la CCFP normal, la fase estacionaria es el componente más polar. El solvente contiene ambos elementos: polares y débilmente no polares, agua, un alcohol de 4 o 5 carbonos un ácido débil como ácido acético o una base débil como amoniaco.

Conforme se desplaza, el solvente cambia de composición debido a los electos mas polares que acompañan a los grupos OH polares de la celulosa. Por tanto el solvente que avanza paulatinamente se convierte en más no polar.

Los componentes no polares de una mezcla, se desplazan más lejos que los componentes polares de mismo tamaño. Ej. El glutamato y lisina se retardan, la leucina y la valina migran junto con el solvente.La CCFP en “fase de reversa” tanto las polaridades de las fases como las movilidades de los componentes de la mezcla se revierten respecto a la CCFP normal. La fase móvil suministra la fase polar, la fase estacionaria por lo común celulosa cubierta con un liquido no polar como el aceite de silicón, suministra la fase mas no polar.

En contraste con la CCFP normal, los componentes polares migran con el solvente y se retraza el desplazamiento de los menos polares.

En la CCFA, la separación se basa en un principio totalmente diferente. La resolución implica absorber los componentes de la mezcla en gel de sílice que se calienta para expulsar toda el agua fija. La fase mocil, una mezcla simple o binaria de solventes orgánicos, desplaza los compuestos absorbidos compitiendo por los sitios de unión sobre el gel de sílice. Primero

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de desplazan los componentes unidos con menor firmeza y así se logra la resolución.

CROMATOGRAFIA DE INTERCAMBIO IÓNICO

El análisis de los residuos de aminoácidos después de la hidrólisis de un péptido, por lo general involucra a la cromatografía de intercambio iónico. La separación, identificación y cuantificación completas requieren menos de 3 horas. El procedimiento de Moore y Stein utiliza una columna corta y una larga las cuales contienen la forma ionizada Na de una resina de poliestireno sulfatada. Cuando el ácido hidrolizado a pH 2 se aplica a las columnas de los aminoácidos se unen mediante el intercambio de catiónes con el catión Na. Las columnas se eluyen después con citrato de sodio bajo condiciones predeterminadas de pH y temperatura.

El material eluído se hace reaccionar con la solución de ninhidrina y las densidades de coloración se miden en un colorímetro de flujo. Los datos aparecen en un tubo de rayos catódicos con integración relacionada con computadora.

8- DETERMINACIÓN DE LA ESTRUCTURA PRIMARIA DE UN PÉPTIDO

Dado que numerosas proteínas están constituidas por mas de una cadena polipeptídica ligada por fuerzas no covalentes o por puentes disulfuro, es posible que el primer paso sea disociar y separar las cadenas polipeptídicas individuales. Los agentes desnaturalizantes como la urea o el clorhidrato de guanidina destruyen los puentes hidrogeno y disocian polipéptidos unidos de modo no covalente. Por su parte los agentes oxidantes y reductores rompen los puentes disulfuro. Entonces los polipéptidos son separados por cromatografía.La estructura primaria es el esqueleto covalente de las cadenas polipeptídicas, incluida la secuencia de restos de aminoácidos.

Los péptidos sencillos que contienen dos, tres, cuatro o más restos de aminoácidos (dipéptidos, tripéptidos, etc) se hallan unidos covalente mente, proceden de la hidrólisis parcial de cadenas polipeptídicas de las proteínas mucho mas largas.

El enlace peptídico es el único enlace existente entre los aminoácidos que constituyen el esqueleto de la estructura lineal de las proteínas. Existe otro enlace covalente entre los aminoácidos, el enlace disulfuro de la cistina, que actúa en algunas proteínas como enlace transversal entre dos cadenas polipeptídicas separadas o entre curvaturas de una misma cadena.

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BibliografíaBioquímica de Lehninger, 2º EdiciónPags. 61, 62, 89-100, 121, 292, 726-728, 805-808, 817-820.

Bioquímica de Harper.Pags. 35-40, 44, 45, 647-649.

David J. Holme y Hazel Peck, Bioquímica Analítica, Longman Group Limited, 1983.

Hans-Dieter Belitz y Werner Grosch, Química de los Alimentos, Springer-Verlag GmbH & Co., 4ª edición

www. Altavista. Com. Aminoácidos.

www.medigraphic.com

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UNIDAD III

PROTEINAS

1.- DEFINICIÓN Y COMPOSICIÓN DE LAS PROTEÍNAS

DEFINICIÓN

Las proteínas son las moléculas orgánicas más abundantes en las células; constituyen más del 50 % de su peso seco.Cada proteína tiene funciones diferentes dentro de la célula. Además la mayor parte de la información genética transmitida por las proteínas.Las proteínas son verdaderas macromoléculas que alcanzan dimensiones de las micelas en el estado coloidal. La estructura de tamaño micelar con cargas eléctricas en su superficie les confiere propiedades de absorción.Las macromoléculas proteínicas en ocasiones están compuestas por una sola cadena polipeptídica; en tal caso reciben el nombre de monoméricas. Cuando la proteína esta formada por varias cadenas polipeptídicas que pueden o no ser idénticas entre sí, reciben el nombre de oligoméricas.Existen 20 -aminoácidos, como sillares para la formación de proteínas, enlazados por uniones cabeza-cola, llamadas : Enlace Polipeptídico.

COMPOSICIÓN DE LAS PROTEINAS

Todas las proteínas contienen:

Carbono Hidrógeno Nitrógeno OxígenoY otros elementos tales como:

Azufre Hierro Fósforo Cinc

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2.- NIVELES DE ESTRUCTURA PROTEICA Y ENLACES QUE LOS ESTABILIZAN (PUENTE DE HIDRÓGENO, ENLACE DISULFURO, ATRACCIÓN ELECTROSTÁTICA, ATRACCIÓN HIDROFÓBICA, FUERZAS DE VAN DER WAALS)

ESTRUCTURA PRIMARIA

La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.

Características.-

Secuencia de aminoácidos Enlace peptídico Estructura lineal Semirrígida

Ala - Val – Leu – Ile – Trp – Fen – Asp – Glu – Lis – Gli - Fen

ESTRUCTURA SECUNDARIA

La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos., a medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.

Características.-

Relaciones geométricas entre el conjunto de átomos Se establecen uniones covalentes Interacciones electrostáticas Puentes salinos Fuerzas de Van Der Waals Plegamientos de Hélices alfa y laminas beta

Existen dos tipos de estructura secundaria:

La (alfa)-hélice

La conformación beta

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La (alfa)-hélice

Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria. Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el -NH- del cuarto aminoácido que le sigue, se estabiliza la forma espiralada debido a los enlaces de hidrógeno, de la cadena principal del polipéptido, se considera a la hélice alfa como una estructura en forma de bastón, donde la cadena principal espiralada representa la parte principal del bastón, mientras que las cadenas laterales se orientan hacia fuera.

Características.-

Están formadas por aminoácidos qirales.

Se encuentran limitadas por factores estéricos y por las uniones que las estabilizan.

Contienen de 4 a 50 residuos, en un promedio de doce.

Los grupos R se dirigen hacia fuera.

Parámetros.-

Posee 3.6 residuos de un giro a otro, en una distancia de .54 nm.

La distancia entre los residuos es de .15 nm.

La conformación beta

En esta disposición los aminoácidos. no forman una hélice sino una cadena en forma de zigzag, denominada disposición en lámina plegada.

Características de la lamina beta.-

Los carbones alfa y sus grupos R alternan en un plano ligeramente arriba y debajo de la cadena principal del polipéptido.

Los polipéptidos se alinean a lo largo y están estabilizados por puentes de hidrógeno que se forman entre los hidrógenos de los péptidos nitrogenados y los de los carbonilos oxigenados de iras adyacentes.

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Implican tramos de 5 a 10 aminoácidos de diferentes regiones de estructuras primarias

Se encuentra casi totalmente extendida.

Pueden ser paralelas o antiparalelas, determinado según la dirección de la cadena polipeptídica.

Puede estar conformada por dos a quince cordones y son comunes donde hay laminas mixtas.

Son características de las proteínas globulares.

Hoja plegada beta antiparalela, los grupos R están arriba y abajo del plano de la hoja y los puentes de hidrógeno están agrupados por pares y estabilizan la conformación de la hoja beta.

ESTRUCTURA TERCIARIA

La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.

En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria.

Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte, enzimáticas , hormonales, etc.

Esta conformación globular se mantiene estable gracias a la existencia de enlaces entre los radicales R de los aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces:

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El puente disulfuro entre los radicales de aminoácidos que tiene azufre, los puentes de hidrógeno, los puentes eléctricos y las interacciones hidrófobas.

Estructura terciaria de una proteína globular, constituida por 4 beta – alfa – beta consecutivas en los dos sentidos estructurales primarios y terciario.

La estructura terciaria se organiza en unidades relativamente independientes

pero estructuralmente conectadas llamadas dominios, los cuales actúan como unión con ligandos específicos, estos últimos pueden estar en contacto con residuos de más de un dominio.

ESTRUCTURA CUATERNARIA

Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles ( no covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas recibe el nombre de protómero.

El número de protómeros varía desde dos como en la hexoquinasa, cuatro como en la hemoglobina, o muchos como la cápsida del virus de la poliomielitis, que consta de 60 unidades proteicas.

En base a su numero de protomeros, se clasifican en biméricas o tetraméricas, también pueden ser homodimeras o heteroligomericas, las cuales se caracterizan por protomeros iguales o diferentes con las mismas funciones.

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PUENTES DE HIDRÓGENO

Se produce cuando átomos hidrógenos con positividad relativa son atraídos por átomos con negatividad relativa. La interacción de un átomo H unido a un átomo electronegativo como el nitrógeno, oxigeno y azufre.

La formación de un enlace hidrógeno no implica el intercambio de electrones, ni que se comparten pares electrones. Se establece entre los átomos que forman uniones peptídicas.

Los enlaces hidrógeno son débiles, a menudo se forman muchos enlaces hidrógeno dentro de una molécula o entre moléculas distintas y, así, la fuerza conjunta de los enlaces de hidrógeno es capaz de estabilizar la estructura de moléculas como proteínas y ácidos nucleicos.

Los enlaces hidrógeno se rompen con mayor facilidad que en los enlaces covalentes, ya que su fuerza es menor, mas cuando aumenta la temperatura

ENLACES DISULFURO

Cuando en la estructura primaria de un polipéptido existe mas ce una CISTEINA, es posible que se formen uniones disulfuro (por oxidación de grupos –SH) entre diferentes segmentos de una misma cadena polipeptídica o entre diferentes segmentos de una cadena polipeptídica, dependiendo donde se encuentran colocadas las cisteinas. S – S

ATRACCIÓN ELECTROSTÁTICA

También denominado enlaces ionógenos, se producen cuando un ion o un grupo de iones son atraídos por un ion o grupo de iones con carga opuesta. Entre las cadenas laterales de los aminoácidos, se requiere que las cadenas con cargas opuestas se dispongan en el espacio de tal manera, que estas atraerse. Así, el ambiente altamente iónico del medio intracelular bastaría para separar las cargas opuestas que se encuentran interactuando en la proteína. El medio intracelular cuyo solvente principal es el agua, posee una constante dieléctrica muy alta.

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FUERZAS DE VAN DER WAALS

Pueden ser de atracción o de repulsión y se debe a que se crean desequilibrios transitorios y aleatorios cuando se comparten los electrones de un enlace covalente. Un átomo es atraído hacia otro, porque la distribución asimétrica de sus nubes electrónicas produce la aparición de polos en cada átomo, y estos átomos se atraen al interactuar el polo negativo de unos con el polo positivo de otros. La distancia de separación entre dos átomos en que la atracción es máxima, se llama distancia de Van Der Waals. Solo se establece cuando los átomos quedan situados en cierta disposición en el espacio que permite la interacción entre ellos.La atracción de Van Der Waals con distancia optima entre dos átomos es débil, de todos modos estabiliza la conformación de la molécula .

Hélice alfa, donde se muestran las uniones de Van Der Waals, en donde casi no hay espacio libre en el interior de la célula

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ATRACCIONES HIDROFÓBICAS

En aminoácidos que poseen cadenas laterales apolares existe la tendencia a segregarse del contacto con el solvente acuoso y a formar estructuras con características miscelares; mientras el resto de las cadenas laterales de los aminoácidos que forman la proteína, aquellas que tienen características polares quedan situadas en contacto con el solvente. De ello dependen las zonas en que la cadena polipeptídica se dobla hacia el interior de la molécula.

Hélice alfa donde se indican los enlaces que la estabilizan, puentes de hidrógeno, atracción hidrofóbica, fuerzas de Van Der Waals, enlace disulfuro y atracción electrostática.

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3.- DESNATURALIZACIÓN PROTEICA

DESNATURALIZACIÓN

Muchas moléculas proteicas sólo retienen su actividad biológica dentro de una fluctuación muy limitada de temperatura y de pH. La exposición de proteínas solubles o globulares a pH extremos o a temperaturas elevadas, les hace experimentar un cambio conocido como desnaturalización, el efecto más visible del cual, consiste en un descenso de su solubilidad. Puesto que los enlaces químicos covalentes del esqueleto peptídico de las proteínas no se rompen durante este tratamiento relativamente suave, se ha llegado a la conclusión que la estructura primaria permanece intacta. La mayor parte de las proteínas globulares experimentan el proceso de desnaturalización cuando se calientan por encima de 60-701C. La formación de un coágulo insoluble blanco cuando se hierve la clara de huevo es un ejemplo común de desnaturalización térmica.

La consecuencia más significativa de la desnaturalización es que las proteínas pierden su actividad biológica característica, Por ejemplo, al calentar los enzimas se suele perder su capacidad catalítica.

La desnaturalización consiste en el desplegamiento de la estructura nativa plegada característica de la cadena polipeptídica de las moléculas de las proteínas globulares. Cuando la agitación térmica provoca que la estructura nativa plegada se desarrolle o se distienda, originando una cadena libremente ondulada, la proteína pierde su actividad biológica. Aunque cada tipo de proteína posee una composición fija de aminoácidos, así como una determinada secuencia, establecida durante su biosíntesis, la secuencia aminoácida no confiere directamente a la proteína su función biológica o actividad. Sin embargo, la secuencia aminoácida determina en último extremo la actividad biológica de la proteína ya que de ella depende la conformación nativa o estado de plegamiento de la molécula proteica, gracias a las interacciones recíprocas entre las cadenas laterales de aminoácidos, así como entre el disolvente y solutos.

Esta conclusión es consecuencia del descubrimiento, de que la desnaturalización o desplegamiento de las proteínas nativas, que origina formas enrolladas al azar, desprovistas de actividad biológica, no es un proceso irreversible como se creía. Se han observado muchos casos en que una molécula desplegada recupera su forma nativa en el tubo de ensayo, en un proceso que recibe el nombre de renaturalización. Si la proteína desnaturalizada fuese un enzima, puede también recuperar su actividad catalítica por renaturalización, sin ningún cambio en la especificidad de la reacción catalizada. Sin embargo, la renaturalización de una proteína desnaturalizada no desarrolla ninguna actividad biológica que no se hallase

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ya presente en la proteína original. Estos hechos indican, por tanto, que la secuencia de aminoácidos en la cadena polipeptídica contiene la información requerida para especificar su conformación plegada nativa, y que esta conformación nativa determina su actividad biológica.

Una proteína desnaturalizada presenta propiedades diferentes a cuando se encuentra en su estado nativo como son; pérdida de solubilidad, modificación en la capacidad de fijación de agua, pérdida de la actividad biológica, incremento de la susceptibilidad al ataque de proteasas, incremento de la viscosidad intrínseca, incapacidad de cristalizar, incremento en la reactividad química, cambios en la conductividad eléctrica y variaciones en el espectro de absorción y en el punto isoeléctrico.

Cabe mencionar que durante la desnaturalización existe un rompimiento de las uniones no covalentes ya antes mencionadas, persistiendo solamente los enlaces peptídicos, y por lo tanto su estructura primaria.

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4.-MÉTODOS UTILIZADOS EN LA PURIFICACIÓN (PRECIPITACIÓN SALINA, CROMATOGRAFÍA DE EXCLUSIÓN MOLECULAR, CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO, CROMATOGRAFÍA DE AFINIDAD, CROMATOGRAFÍA LIQUIDA, ELECTROFORESIS), Y EN LA DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN (HIDRÓLISIS) DE LAS PROTEÍNAS.

MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE PROTEÍNAS.

Desde el siglo pasado las separaciones analíticas se llevaban a cabo por métodos clásicos como son la precipitación, destilación y extracción. Los crecientes esfuerzos por conocer más sobre la composición y función de las proteínas han obligado a los científicos a buscar técnicas, cada vez, más precisas.

Actualmente las separaciones analíticas se realizan fundamentalmente por cromatografía y electroforesis.

La cromatografía comprende un conjunto importante y diverso de métodos que permite a los científicos separar componentes estrechamente relacionados en mezclas complejas, lo que en muchas ocasiones resulta imposible por otros medios. Se pueden separar moléculas en función de sus cargas, tamaños y masas moleculares. También a través de la polaridad de sus enlaces, sus potenciales redox, etc.

La cromatografía no solo permite la separación de los componentes de una mezcla, sino también su identificación y cuantificación. El análisis cualitativo está basado en la medida de parámetros cromatográficos (tiempos y volúmenes de retención) mientras que el análisis cuantitativo está basado en la medida de alturas o áreas de picos cromatográficos que se relacionan con la concentración. La columna cromatográfica y la forma con la que se diseña, constituye el corazón de la separación.

En todas las separaciones cromatográficas la muestra se desplaza con una fase móvil, que puede ser un gas, un líquido o un fluido supercrítico. La fase móvil puede pasarse a través de una fase estacionaria, con la que es inmiscible y que se fija a una columna o a una superficie sólida. Las dos fases se eligen de forma, que los componentes de la muestra se distribuyen de modo distinto entre la fase móvil y la fase estacionaria. Aquellos componentes que son fuertemente retenidos, por la fase estacionaria se mueven lentamente con el flujo de la fase móvil; por el contrario los componentes que se unen débilmente a la fase estacionaria, se mueven con rapidez. Como consecuencia de la distinta movilidad, los componentes de la muestra se separan en bandas o zonas discretas que pueden analizarse cualitativa y/o cuantitativamente. Estos resultados se recogen en forma de gráficos llamados cromatogramas.

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Los métodos cromatográficos se pueden clasificar según la forma en que la fase móvil y la fase estacionaria se pongan en contacto. Así en la cromatografía de columna, un tubo estrecho contiene la fase estacionaria a través de la cual se hace pasar la fase móvil por presión. En la cromatografía en plano, la fase estacionaria se fija sobre una placa plana o a los intersticios de un papel; en este caso la fase móvil se desplaza a través de la fase estacionaria por capilaridad o por gravedad.

Las tres clases de cromatografía desde un ángulo más general son cromatografía de líquidos, cromatografía de gases y cromatografía de fluidos supercríticos. Como su nombre lo indica, la fase móvil en las tres técnicas son líquido, gas y fluido supercrítico respectivamente.

Solo la cromatografía de líquidos es la que puede llevarse acabo en columna o sobre superficies planas, por otra parte tanto la de gas como la de fluidos supercríticos están restringidas a los procedimientos en columna de tal manera que las paredes de la columna contienen la fase móvil.

La técnica más usada es la cromatografía líquida de alta resolución, HPLC por su sensibilidad, fácil adaptación a las determinaciones cuantitativas exactas, su idoneidad para la separación de especies no volátiles o termolábiles y su aplicación a sustancias de primordial interés en la industria, como son los aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, hidrocarburos, carbohidratos, entre otros. Se ofrece a continuación un esquema relativo a este método de separación:

LOS MÉTODOS CROMATOGRÁFICOS

La cromatografía líquida la podemos diferenciar en cuatro grupos:

C. de reparto: separa los solutos basándose en la solubilidad C. de adsorción: se basa en la afinidad de adsorción C. de exclusión: separa solutos según el peso molecular C. de intercambio iónico: separa solutos según la carga iónica

CROMATOGRAFÍA DE REPARTO

La cromatografía de reparto está formada por la cromatografía Líquido-Líquido y la cromatografía unida químicamente. Estas técnicas se diferencian en la forma en que se retiene la fase estacionaria sobre las partículas del soporte relleno. En el segundo caso, como su nombre lo indica, la fase estacionaria se une químicamente a la superficie del soporte.

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En general los soportes para casi todos los rellenos de fases unidas químicamente se preparan con sílice rígida o composiciones donde la sílice es el elemento básico. Estos sólidos están formados por partículas mecánicamente resistentes, porosas y uniformes.

Los rellenos de columna en la cromatografía de fase unida químicamente se clasifican como de fase inversa cuando el recubrimiento enlazado tiene carácter no polar, y de fase normal cuando el recubrimiento contiene grupos funcionales polares.

CROMATOGRAFÍA DE ADSORCIÓN

La cromatografía de adsorción o Líquido-Sólido es la forma clásica de la cromatografía de líquidos. Ha sufrido algunas transformaciones que la han convertido en un método importante de la HPLC.

Las únicas fases que se utilizan en este tipo de cromatografía son la sílice y la alúmina, siendo la primera la preferida.

Es adecuada para compuestos no polares probablemente con masas moleculares inferiores a 5 000. Los métodos de la cromatografía de adsorción y reparto tienden a ser complementarios, aunque en algunos casos se superponen.

En general la cromatografía Líquido-Sólido es más adecuada para muestras que son solubles en disolventes no polares y por ello tienen solubilidad limitada en disoluciones acuosas que son las que se utilizan en cromatografía de reparto en fase inversa. En este tipo de cromatografía también se pueden separar compuestos con diferentes grupos funcionales. Una característica particular de este método es su capacidad para diferenciar compuestos isómeros en mezclas.

CROMATOGRAFÍA DE EXCLUSIÓN

La cromatografía de exclusión, también llamada de filtración en gel o cromatografía de permeación en gel, se basa en la diferencia de penetración de las moléculas en los poros de la fase estacionaria debido a que la separación obtenida depende del tamaño de la molécula. El tiempo de elusión es proporcional al peso molecular de los mismos, por lo que no es muy usada con los compuestos de alto peso molecular. Este tipo de separación por tamaño difiere de las demás técnicas de cromatografía en que no existen interacciones físicas o químicas entre el analito y la fase estacionaria. Es una técnica reproducible, escalable y rápida.

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La fase fija está formada por partículas poliméricas o de sílice que contienen una red uniforme de poros por los que pueden penetrar las moléculas de pequeño tamaño. Las moléculas de tamaño grande se excluyen totalmente y son eluídas en primer lugar, mientras que las de pequeño tamaño tienen acceso a todo el volumen poroso y son las últimas que se eluyen; de esto se deduce que el volumen disponible para las moléculas pequeñas es mayor que para las grandes. Por lo tanto las moléculas se eluyen por su tamaño decreciente. En resumen los factores que determinan la separación de las moléculas son el tamaño del poro, el tamaño de la partícula y el flujo de elusión.

Los diferentes tipos de partículas usadas deben ser estables, mecánica y químicamente, tener bajo contenido en grupos iónicos, uniformidad de poro y tamaño. Los compuestos pueden ser derivados de dextranos (Sephadex), derivados de agarosa (Sepharosa), derivados de acrilamidas (Biogel P) y esferas de vidrio. Hay diferentes tamaños de partícula para un gel: a menor tamaño mayor resolución y menor gasto en la columna.

Este técnica se emplea en la separación de proteínas de alimentos, determinación de glucosa y fructosa en zumos de fruta, etc.

CROMATOGRAFÍA DE INTERCAMBIO IÓNICO

La cromatografía de intercambio iónico está basada en la atracción entre iones del soluto y puntos cargados que existen en la fase estacionaria. En el caso de intercambiadores aniónicos, grupos cargados positivamente en la fase estacionaria atraen aniones del soluto. Los intercambiadores catiónicos contienen puntos cargados negativamente que atraen catiónes del soluto.

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Los intercambiadores iónicos se clasifican en ácidos o básicos, fuertes o débiles. Las resinas ácidas fuertes siguen ionizadas incluso en disoluciones muy ácidas, en cambio las resinas ácidas débiles se protonan a un pH próximo a 4 y pierden su capacidad de intercambio catiónico. Los grupos muy básicos de amonio cuaternario siguen siendo catiónicos a cualquier valor de pH. Los básicos débiles de amonio terciario se desprotonan en disoluciones moderadamente básicas y pierden entonces su capacidad.

Las resinas de intercambio iónico tienen aplicación en estudios donde intervienen moléculas pequeñas (PM=500) que pueden penetrar en los poros pequeños de la resina. Los intercambiadores iónicos de poliestireno son tan grandes que las macromoléculas muy cargadas, como las proteínas, se pueden enlazar irreversiblemente a ellos.

Los de celulosa y dextranos sirven para intercambio iónico de macromoléculas. Los geles de intercambio iónico se usan en el caso de moléculas grandes (proteínas y ácidos nucleicos). Cuando las separaciones exigen condiciones químicas fuertes se emplean intercambiadores iónicos inorgánicos.

Todas estas técnicas tienen en común la existencia de una fase estacionaria a través de la cual fluye una fase móvil, así como la presencia de un mecanismo de inyección de la muestra y un mecanismo de detección de los diferentes componentes separados.

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LA ELECTROFORESISLa electroforesis fue desarrollada por primera vez por el químico sueco Arne Tiselius, merecedor del Premio Nobel en 1948 por sus trabajos realizados en esta esfera. La electroforesis es una técnica analítica de separación de fundamento cinético basada en el movimiento o migración de las macromoléculas disueltas en un determinado medio (solución tampón de electroforesis), a través de una matriz o soporte reticulado como resultado de la acción de un campo eléctrico. El comportamiento de la molécula viene dado por su movilidad electroforética y ésta por la carga, tamaño y forma de la misma. Cuanto mayor es la relación carga/tamaño más rápido migra un ión en el seno del campo eléctrico. Esta técnica tiene como ventaja su capacidad de separar macromoléculas de interés en la industria biotecnológica y química. Ha sido un método muy útil para la separación de proteínas (enzimas, hormonas) y ácidos nucleicos (DNA y RNA) con gran resolución.En un sistema electroforético pueden originarse distintos fenómenos que afectan la separación de las sustancias:

DIFUSIÓN

Este fenómeno es provocado por la existencia de gradientes de concentración que favorecen el transporte hacia las zonas de menor concentración de cada especie. Afecta tanto a partículas cargadas como no cargadas. Las moléculas tienden a moverse de una forma aleatoria debido a que poseen energía cinética propia. Esto es lo que se denomina difusión. Con un aumento de la temperatura aumentará la difusión por un incremento de la energía cinética.

MIGRACIÓN

Es el movimiento producido por una fuerza externa que es impuesta al medio, en este caso, el campo eléctrico y su intensidad.

FLUJO TÉRMICO

Al pasar una corriente eléctrica a través de un sistema que origina una resistencia dada, se produce calor. Por tanto el sistema electroforético no es isotérmico. En general la fase líquida se mueve hacia las zonas de menor temperatura, lo que origina un transporte de las partículas de interés no debido a la migración.

FRICCIÓN

La fricción con el solvente dificultará el movimiento (es decir, al moverse los solutos chocarán con las moléculas del solvente que están en su camino), lo que genera una fuerza que se opone al movimiento.

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La suma de todos estos factores provoca que las moléculas no migren de una manera uniforme, de modo que, si las moléculas son colocadas en un cierto lugar de la solución, los iones comenzarán a moverse formando un frente cuya anchura aumentará con el tiempo. Para reducir esta anchura podemos reducir el movimiento de las moléculas empleando un medio que oponga más resistencia a dicho movimiento.

ELECTROFORESIS CONVENCIONAL

La electroforesis convencional ha sido utilizada durante muchos años para separar especies complejas de elevado peso molecular de interés biológico y bioquímico. Las separaciones se llevan a cabo sobre una capa delgada y plana o placa de un gel semisólido y poroso que contiene un tampón acuoso en el interior de sus poros. Esta será la sustancia encargada de ofrecer resistencia al movimiento de las moléculas, controlando así su migración uniforme. Mediante esta técnica se pueden separar varias muestras simultáneamente. Dichas muestras se depositan sobre el gel, se aplica un potencial de corriente continua a través del mismo durante un tiempo fijo. Cuando las separaciones se han completado se interrumpe el paso de corriente y las especies separadas se tiñen para visualizarse.

La electroforesis en gel es muy utilizada en la detección, control de pureza, caracterización, cuantificación (por comparación con controles) así como preparación y purificación (por extracción de bandas desde el gel) de moléculas y fragmentos de DNA y RNA.

Los geles que se emplean son geles tridimensionales de polímeros ramificados que tienen los espacios entre ramificación rellenos de líquido. Las redes de polímeros no solo reprimen la convección sino que también actúan como cribas que pueden retardar y hasta bloquear la migración de los analitos poliméricos más grandes. En cambio los iones pequeños pueden moverse libremente a través de la estructura porosa del gel. De este modo la electroforesis en gel tiene dos mecanismos de separación: electroforesis, que separa por la relación carga/tamaño y tamizado, que separa mayormente por tamaño. Los geles más comunes son agarosa y poliacrilamida.

La agarosa es un polímero derivado de un polisacárido neutro, que gracias a su poder de gelificación y propiedades físico-químicas, lo han convertido en el soporte más común para electroforesis en el área de Biología Molecular. La poliacrilamida es un polímero formado a partir de acrilamida y N,N´ metilenbisacrilamida. La concentración de ambos reactivos define el grado de reticulación del gel.

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Ambos geles tienen en común que adquieren la misma forma y están prácticamente libres de cargas iónicas. Esto es importante para evitar que la disolución tampón se desplace por el gel cuando se active el campo eléctrico.

HIDRÓLISIS

La hidrólisis de las proteínas termina por fragmentarlas en a -aminoácidos. Se basa en el rompimiento dela estructura primaria de la proteína por intervención de una molécula de agua. Existen 3 tipos de hidrólisis :

HIDRÓLISIS ÁCIDA

Se basa en la ebullición prolongada de la proteína con soluciones ácida fuertes (HCl y H2SO4). Este método destruye completamente el triptófano y parte de la serina y la treonina.

HIDRÓLISIS BÁSICA

Respeta los aminoácidos que se destruyen por la hidrólisis anterior, pero con gran facilidad, forma racematos. Normalmente se utiliza (NaOH e BaOH).

HIDRÓLISIS ENZIMÁTICA

Se utilizan enzimas proteolíticas cuya actividad es lenta y a menudo incompleta, sin embargo no se produce racemización y no se destruyen los aminoácidos; por lo tanto es muy específica.

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5- CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEINAS EN BASE A SU FORMA, COMPOSICIÓN Y FUNCIÓN BIOLÓGICA

Las proteínas poseen veinte aminoácidos, los cuales se clasifican en:glicina, alamina, valina, leucina, isoleucina, fenil, alanina, triptófano, serina, treonina, tirosina, prolina, hidroxiprolina, metionina, cisteína, cistina, lisina, arginina, histidina, ácido aspártico y ácido glutámico.

SEGÚN SU COMPOSICIÓN

Pueden clasificarse en proteínas "simples" y proteínas "conjugadas".

Las "simples" o "holoproteínas" son aquellas que al hidrolizarse producen únicamente aminoácidos, mientras que las "conjugadas" o "heteroproteínas" son proteínas que al hidrolizarse producen también, además de los aminoácidos, otros componentes orgánicos o inorgánicos. La porción no proteica de una proteína conjugada se denomina "grupo prostético". Las proteínas conjugadas se subclasifican de acuerdo con la naturaleza de sus grupos prostéticos.

La siguiente tabla muestra la clasificación completa.

 

Conjugadas

Proteínas conjugadas

Nombre Componente no proteico

Nucleoproteínas Ácidos nucleicos

Lipoproteínas Lípidos

Fosfoproteínas Grupos fosfato

Metaloproteínas Metales

Glucoproteínas Monosacáridos

 

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SEGÚN SU CONFORMACIÓN

Se entiende como conformación, la orientación tridimensional que adquieren los grupos característicos de una molécula en el espacio, en virtud de la libertad de giro de éstos sobre los ejes de sus enlaces. Existen dos clases de proteínas que difieren en sus conformaciones características: "proteínas fibrosas" y "proteínas globulares".

Las proteínas fibrosas

Las proteínas fibrosas se constituyen por cadenas polipeptídicas alineadas en forma paralela. Esta alineación puede producir dos macro-estructuras diferentes: fibras que se trenzan sobre si mismas en grupos de varios haces formando una "macro-fibra", como en el caso del colágeno de los tendones o la a-queratina del cabello; la segunda posibilidad es la formación de láminas como en el caso de las b-queratinas de las sedas naturales.

Las proteínas fibrosas poseen alta resistencia al corte por lo que son los principales soportes estructurales de los tejidos; son insolubles en agua y en soluciones salinas diluidas y en general más resistentes a los factores que las desnaturalizan.

Las proteínas globulares

Las proteínas globulares son conformaciones de cadenas polipeptídicas que se enrollan sobre si mismas en formas intrincadas como un "nudillo de hilo enredado". El resultado es una macro-estructura de tipo esférico.

La mayoría de estas proteínas son solubles en agua y por lo general desempeñan funciones de transporte en el organismo. Las enzimas, cuyo papel es la catálisis de las reacciones bioquímicas, son proteínas globulares.

SEGÚN SU FUNCIÓN

La diversidad en las funciones de las proteínas en el organismo es quizá la más extensa que se pueda atribuir a una familia de biomoléculas.

Enzimas

Son proteínas cuya función es la "catálisis de las reacciones bioquímicas". Algunas de estas reacciones son muy sencillas; otras requieren de la participación de verdaderos complejos multienzimáticos. El poder catalítico de las enzimas es extraordinario: aumentan la velocidad de una reacción, al menos un millón de veces. Las enzimas pertenecen al grupo de las proteínas globulares y muchas de ellas son proteínas conjugadas.

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Proteínas de transporte.

Muchos iones y moléculas específicas son transportados por proteínas específicas. Por ejemplo, la hemoglobina transporta el oxígeno y una porción del gas carbónico desde y hacia los pulmones, respectivamente. En la membrana mitocondrial se encuentra una serie de proteínas que transportan electrones hasta el oxígeno en el proceso de respiración aeróbica.

Proteínas del movimiento coordinado.

El músculo está compuesto por una variedad de proteínas fibrosas. Estas tienen la capacidad de modificar su estructura en relación con cambios en el ambiente electroquímico que las rodea y producir a nivel macro el efecto de una contracción muscular.

Proteínas estructurales o de soporte.

Las proteínas fibrosas como el colágeno y las a-queratinas constituyen la estructura de muchos tejidos de soporte del organismo, como los tendones y los huesos.

Anticuerpos

Son proteínas altamente específicas que tienen la capacidad de identificar sustancias extrañas tale como los virus, las bacterias y las células de otros organismos.

Proteoreceptores

Son proteínas que participan activamente en el proceso de recepción de los impulsos nerviosos como en el caso de la "rodapsina" presente en los bastoncillos de la retina del ojo.

Hormonas y proteínas represoras

Son proteínas que participan en la regulación de procesos metabólicos; las proteínas represoras son elementos importantes dentro del proceso de transmisión de la información genética en la biosíntesis de otras moléculas.

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CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS POR SU FUNCIÓN BIOLÓGICA.

Grupos, ejemplos y función.

Enzimas

1. HexoquinasaFosforila glucosa2. Lactato-deshidrogenasa Deshidrogena lactato

3. Citocromo c Transfiere electrones

4. DNA~polimerasa Replica y repara DNA

Proteínas de reserva

1. Ovoalbúmina Proteína de la clara de huevo2. Caseína Proteína de la leche

3. Ferritina Reserva de hierro en el bazo

4. Gliadina Proteína de la semilla de trigo

5. Ceina Proteína de la semilla de maíz

Proteínas transportadoras

1. Hemoglobina Transporta 02 en la sangre de los vertebrados2. HemocianinaTransporta 0, en la sangre de algunos invertebrados

3. Mioglobina Transporta 02 en el músculo

4. Seroalbúmina Transporta ácidos grasos en la sangre

5. ffi-Lipoproteína Transporta lípidos en la sangre

6. Globulina que liga hierro Transporta hierro en la sangre

7. Ceruloplasmina Transporta Cu en la sangre.

Proteínas contráctiles

1. miosina Filamentos estacionarios en las miofibrillas2. ActinaFilamentos móviles en las miofibrillas

3. Dineína Cilios y flagelos

Proteínas protectoras en la sangre de los vertebrados

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1. Anticuerpos Forman complejos con proteínas extrañas2. Complemento Complejos con algunos sistemas antígeno-

anticuerpo

3. FibrInógeno Precursor de la fibrina en la coagulación sanguínea

4. Trombina Componente del mecanismo de coagulación

5. Toxinas

6. Toxina de Clostridium botulinum Origina envenenamiento bacteriano de los alimentos

7. Toxina diftéríca Toxina bacteriana

8. Venenos de serpiente Enzimas que hidrolizan los fosfoglicéridos

9. RicinaProteína tóxica de la semilla del ricino.

Hormonas

1. Insulina Regula el metabolismo de la glucosa2. Hormona adrenocorticotrópica Regula la síntesis de corticosteroides

3. Hormona del crecimiento Estimula el crecimiento de los huesos

Proteínas estructurales

1. Proteínas recubrimiento viral Cubierta alrededor del cromosoma2. Glucoproteínas Recubrimientos celulares y paredes

3. a-Queratina Piel, plumas, uñas, pezuñas

4. Esclerotina Exoesqueletos de los insectos

5. Fibrina Seda de los capullos, telarafías

6. Colágeno Tejido conectivo fibroso (tendones, hueso, cartílago)

7. Elastina Tejido conectivo elástico (ligamentos)

8. Mucoproteínas Secreciones mucosas, fluido sinovial

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Bibliografía

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Lehinger Principios de Bioquímica, David L. Nelson, Michael M. Cox Ed. Worth Publishers 3. edición 2000 U.S.

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http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/separa.htm

http://www.arrakis.es/~lluengo/pproteinas.html

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UNIDAD IVENZIMAS

1- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS

CONCEPTO DE ENZIMA

Las enzimas son proteínas especializadas en la catálisis de las reacciones biológicas. Se encuentran entre las más notables de las biomoléculas conocidas debido a su extraordinaria especificidad y a su poder catalítico, que es mucho mayor que la de los catalizadores hechos por los hombres.

Nomenclatura

Muchas enzimas han sido designados añadiendo el sufijo –asa- al nombre del sustrato, es decir a la molécula sobre la cual la el enzima ejerce su acción catalítica. Esta nomenclatura sin embargo, sin embargo, no siempre ha resultado práctica, lo cual ha ocasionado que muchas enzimas que muchas enzimas hayan recibido nombres que químicamente son poco informativos.El nuevo sistema divide en las enzimas en seis clases principales, cada una de las cuales se divide a su vez en subclases, de acuerdo con el tipo de reacción catalizada.

CLASIFICACIÓN DE ENZIMAS

Oxidorreductasas

Catalizan diversas reacciones de oxidación- reducción y con frecuencia utilizan enzimas como el dinucleótido nicotinamida adenina (NAD ), su derivado fosfato (NADP ), el dinucleótido de flavina adenina o el lipoato.Entre los nombres comunes de éstas enzimas cabe citar deshidrogenasas, oxidasas , peroxidasas y reductasas.

1.oxido-reductasas(reacciones de óxido-reducción)

1.1 actúan sobre 1.2 actúan sobre 1.3 actúan sobre 1.4 actúan sobre 1.5 actúan sobre 1.6 actúan sobre NADH; NADPH

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Transferasas

Catalizan la transferencia de grupos como el amino, el carboxilo, el carbonilo, el metilo, el acilo, el glucosilo o el fosforilo. Las cinasas catalizan la transferencia de grupos fosforilo de la adenosina trifosfato (ATP) a otros nucleótidos trifosfato.Entre los nombres comunes están en éste caso aminotransferasa, carnitina acil transferasa y transcarboxilasa.

2. Transferasas (transferencia de grupos funcionales)

2.1 Grupos de un átomo de carbono2.2 Grupos aldehídicos o acetónicos 2.3 Grupos acilos2.4 Grupos glucosilos 2.7 Grupos fosfato2.8 Grupos que contienen azúfre

Hidrolasas

Catalizan la escisión de enlaces entre un átomo de carbono y algún otro átomo por adición de agua. Sus nombres comunes en éste caso los de la esterasa, peptidasa, amilasa, fosfatasa , ureasa, pepsina tripsina y quimotripsina.

3. Hidrolasas (reacciones de hidrólisis)

3.1 Ésteres 3.2 Enlaces glucosidicos 3.4 Enlaces peptidicos 3.5 Otros enlaces C-N 3.6 Anhídridos de ácido

Liasas

Catalizan la rotura de enlaces carbono-carbono, carbono-azufre, y ciertos enlaces carbono-nitrogeno. Entre sus nombre encontramos la descarboxilasa, aldolasa, citrato liasa, y deshidratasa.

4. Liasas (adición a los dobles enlaces)

4.1 4.2 4.3

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Isomerasas

Catalizan la racemización de isómeros ópticos o geométricos y ciertas reacciones intramoleculares de oxido-reducción.Entre algunos de sus nombres encontramos: epimerasa, racemasa y mutasa.

5.Isomerasas (Reacciones de isomerización)

5.1 Racemasas

Ligasas

Catalizan la formación de enlaces entre el carbono y el oxígeno, azúfre, nitrógeno y otros átomos.La energía necesaria para la formación del enlace deriva a menudo de la hidrólisis del ATP; a éste grupo se refiere el átomo el término sintasa. Algunos nombres son la tiocinasa y carboxilasa.

6. Ligasas (Formación de enlaces con escisión de ATP)

6.1 C-O6.2 C-S6.3 C-N6.4 C-C

2- DEFINICIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE HOLOENZIMA, APOENZIMA, COFACTOR, COENZIMA, GRUPO PROSTÉTICO, SUSTRATO

COFACTORES ENZIMÁTICOS

Además del componente proteico, muchas enzimas requieren constituyentes no proteicos para su función como catalizadores.Estas sustancias accesorias reciben diversos nombres, como grupo prostético, cofactor o coenzima .El grupo prostético es cualquier porción no aminoacídica de una proteína que confiere a ésta alguna propiedad especial.Los cofactores son pequeñas moléculas orgánicas esenciales para la catálisis.Algunas enzimas requieren cofactores catiónicos o aniónicos inorgánicos.El cofactor puede ser un ión metálico o bien una molécula orgánica llamada coenzima; algunas necesitan de ambos.En tales enzimas el ión metálico puede actuar como:

*centro catalítico primario *como grupo puente para reunir el sustrato y el enzima, formando un complejo de coordinación.*como agente estabilizante de la conformación de la proteína enzimática en su forma catalíticamente activa.

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El término coenzima se aplica a moléculas orgánicas, derivadas a menudo de una vitamina, y que son esenciales para la actividad de una enzima.El complejo funcional completo de una proteína y todos sus factores accesorios necesarios reciben el nombre de holoenzima; la parte proteica, libre de cofactores, se denomina apoenzima.Sustrato es la sustancia sobre la cual actúa la enzima.

HOLOENZIMA APOENZIMA + COFACTOR (coenzima o Gpo. Protéstico)

Apoenzima: -naturaleza proteica -no dializable-alto peso molecular-termolábil

Cofactor:-no proteico-dializable-bajo peso molecular-termorresistente.

3- ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA. SITIO ACTIVO CATALÍTICO. MODELO DE LA “LLAVE Y CERRADURA”

ESPECIFICIDAD ENZIMÁTICA

Numerosos catalizadores inorgánicos (por ejemplo, el carbón vegetal o las partículas finas de platino) muestran escasa especificidad por las sustancias sobre las cuales ejerce su poder catalítico. Así, un número limitado de catalizadores seleccionados es suficiente para el desarrollo de gran parte de trabajo de síntesis en la química orgánica de industrias y laboratorios. Por el contrario, las enzimas son más específicas. La ureasa, la enzima que hidroliza la urea a dióxido de carbono y amoniaco, posee una especificidad casi absoluta por la urea. De igual modo, la catalasa es casi completamente específica en relación con el peróxido de hidrógeno al que convierte en agua y oxígeno. La quimotripsina, una proteinasa intestinal, muestra una especificidad algo menor por su sustrato. Prefiere escindir enlaces peptídicos en los que un aminoácido participante posea un anillo aromático; sin embargo, es indiferente con respecto al otro aminoácido con enlace peptídico. Además, actúa preferentemente sobre enlaces peptídicos en el interior de una cadena aunque incluso ésta condición es relativa. Otras enzimas proteolíticas muestran distintos tipos de especificidad. La tripsina

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hidroliza sólo aquellos enlaces peptídico a los que la arginina o la lisina aportan el grupo carboxilo.

SITIO ACTIVO CATALÍTICO

La catalisis tiene lugar en el sitio activo

Una de la propiedad más importante de las enzimas corresponde a su capacidad para enlazar los reactantes, con un incremento en la concentración local de los reactantes, y por tanto en la velocidad local de la reacción. Las enzimas son catalizadores extremadamente eficientes y muy selectivos. Para comprender estas propiedades distintivas de las enzimas, primero se requiere definir el concepto de “sitio activo” o “catalítico”.El gran tamaño de las proteínas, con respecto a los sustratos, condujo al concepto de una región restringida de la enzima, el “sitio activo”, tenia a su cargo la catálisis. Inicialmente resultaba difícil comprender el motivo del gran tamaño de las enzimas, cuando, aparentemente, solo se requería una porción de su estructura para el enlace del sustrato y la catálisis.

Muchos reciduos aminoacilo contribuyen al sitio activo

¿Cuáles son las porciones de una enzima que contribuyen o forman parte del sitio activo?. Esta pregunta se responde mejor al examinar la estructura tridimencional de los complejos ternarios, formados por una enzima y dos sustratos. Sin embargo, incluso en el estado cristalino, en presencia de todos los sustratos, la catálisis tiene lugar, lo que complica la interpretación de la información. A pesar de esto, se ha demostrado la utilidad de examinar la estructura de los denominados complejos ternarios abortivos, compuestos de un sustrato y un producto, o de los complejos formados por el enzima, un sustrato análogo y un inhibidor. Estos complejos, que no pueden transformarse, proporcionan información aproximada del sitio activo durante la etapa inicial de la catálisis: el enlace del sustrato. Estos estudios muestran que muchos residuos aminoacilo están en contacto con los sustratos o los coenzimas enlazados y, por tanto, constituyen parte del sitio activo.

Los sitios activos con frecuencia se localizan con hendiduras

En el caso de las enzimas formadas por una sola unidad el sitio activo con frecuencia reside en una hendidura de la enzima. Uno de estos ejemplos corresponde a la lisozima, una enzima presente en las lágrimas y en el moco nasal, la cual lisa la pared celular de muchas bacterias grampositivas transmitidas por el aire. Constituida por una cadena polipeptidica sencilla, de 129 residuos la lisozima posee una hendidura central profunda que alberga un sitio catalico con 6 subsitios, los cuales enlazan varios sustratos. Los residuos responsables de la ensicion del enlace, se localizan entre los sitios D y E, cercanos a los grupos carboxilo del Asp 52 y el Glu 35. Al parecer, este ultimo cede protones al enlace acetal del sustrato, mientras el Asp 52,

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cargado negativamente, estabiliza desde la parte posterior al ion carbonio resultante.El sitio catalico de la ribonucleasa también se localiza en el interior de una hendidura similar a la de la lisozima; transversales a esta se encuentran los residuos His 12 el His 119 localizados, de acuerdo con la evidencia química, en el sitio catalico.

Los sitios activos de las enzimas multimericas pueden localizarse en las interfaces de las subunidades

En el caso de ciertas enzimas con múltiples polipéptidos o subunidades, el sitio activo reside en la interfase entre dichas subunidades. Los residuos aminoácido procedente de los dos sustratos, contribuyen al sitio activo, al servir para enlazar los sustratos o para intervenir en la catálisis. Un ejemplo corresponde a la enzima HMG-CoA reductasa, que es la enzima limitante de la velocidad en la síntesis del colesterol.

MODELO DE LA LLAVE CERRADURA Y AJUSTE INDUCIDO

El modelo de un sitio catalitico rigido explica muchas propiedades de las enzimas.

El modelo de un sitio catalítico, propuesto por Mil Fischer, visualizó la interacción entre el sustrato y la enzima en términos de una analogía “cerradura y llave”. Este modelo de cerradura y llave o de plantilla rígida, sigue siendo útil para la comprensión de ciertas propiedades de las enzimas, por ejemplo, el enlace ordenado de dos o más sustratos o la cinética de la curva de saturación de un sustrato sencillo.

Los sustratos inducen cambios de conformacion de la enzima

El modelo de Fischer explicó la especificidad de las interacciones enzima-sustrato, la rigidez del sitio activo de la enzima, implícita en dicho modelo, resulto incapaz de explicar los cambios dinámicos que tienen lugar durante la catálisis. Un modelo que considera ambos aspectos de la catálisis enzimática, corresponde al modelo del “ajuste inducido” de Koshland. En el modelo de Fisher, se presume que el sitio catálico esta preconfigurado para ajustarce al sustrato. En el modelo del “ajuste inducido”, el sustrato induce un cambio en la conformación de la enzima, de la misma manera en que la introducción de la mano en un guante, induce cambios en la forma del guante. El enlace con el sustrato alinea los residuos de aminoácidos u otros grupos en la enzima, a una orientación espacial correcta para el enlace del sustrato, la catálisis o ambos. La enzima, a su vez, induce cambios recíprocos en los sustratos correspondientes, los cuales modifican la orientación y las configuraciones, hacia las de un estado de transición y, por tanto, dicha enzima utiliza la energía intrínseca del enlace, liberada por la interacción sustrato-enzima a fin de disminuir la AGF.

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4- MECANISMO DE ACCIÓN DE LAS ENZIMAS .CINÉTICA ENZIMÁTICA. FORMACIÓN Y DEGRADACIÓN DE LOS ESTADOS DE TRANSICIÓN

CINÉTICA ENZIMÁTICA

La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones catalizadas por enzimas. Estos estudios proporcionan información directa acerca del mecanismo de la reacción catalítica y de la especifidad del enzima. La velocidad de una reacción catalizada por un enzima puede medirse con relativa facilidad, ya que en muchos casos no es necesario purificar o aislar el enzima. La medida se realiza siempre en las condiciones óptimas de pH, temperatura, presencia de cofactores, etc, y se utilizan concentraciones saturantes de sustrato. En estas condiciones, la velocidad de reacción observada es la velocidad máxima (Vmax). La velocidad puede determinarse bien midiendo la aparición de los productos o la desaparición de los reactivos.

Al seguir la velocidad de aparición de producto (o de desaparición del sustrato) en función del tiempo se obtiene la llamada curva de avance de la reacción, o simplemente, la cinética de la reacción. A medida que la reacción transcurre, la velocidad de acumulación del producto va disminuyendo porque se va consumiendo el sustrato de la reacción (Figura de la derecha). Para evitar esta complicación se procede a medir la velocidad inicial de la reacción (v0). La velocidad inicial de la reacción es igual a la pendiente de la curva de avance a tiempo cero (Figura de la derecha). De esta forma, la medida de v0 se realiza antes de que se consuma el 10% del total del sustrato, de forma que pueda considerarse la [S] como esencialmente constante a lo largo del experimento. Además, en estas condiciones no es necesario considerar la reacción inversa, ya que la cantidad de producto formada es tan pequeña que la reacción inversa apenas ocurre. De esta forma se simplifican enormemente las ecuaciones de velocidad

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Para estudiar la cinética enzimática se mide el efecto de la concentración inicial de sustrato sobre la velocidad inicial de la reacción, manteniendo la cantidad de enzima constante. Si representamos v0 frente a [S]0 obtenemos una gráfica como la de la Figura de la derecha. Cuando [S]0 es pequeña, la velocidad inicial es directamente proporcional a la concentración de sustrato, y por tanto, la reacción es de primer orden. A altas [S]0, el enzima se encuentra saturada por el sustrato, y la velocidad ya no depende de [S]0. En este punto, la reacción es de orden cero y la velocidad es máxima (Vmax).

FORMACIÓN Y DEGRADACIÓN DE ESTADOS DE TRANSICIÓN

El concepto de estado de transición es fundamental para la comprensión de las catálisis de cualquier tipo, incluyendo la enzimatica. Por ejemplo, considerese una reaccion de desplazamiento donde un grupo N que se desprende, adherido en un principio a R, es desplazado por el grupo E:E+R-L=E-R+L

En realidad este desplazamiento pasa por un estado de transición, E**R**L,cuya fornacion y desintegración subsiguiente puede representarse con dos “reacciones parciales”, cada uno con un cambio caracteristico en esnergia libre:

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E+R-L=E**R**L E**R**L=E-R+L

y son los cambios de energia libre que se producen en la formación y desintegración del estado de transición. El , cambio de energia libre relacionado con la reaccion global, es igual a la suma de las energia libres de la formación y degradación del estado de transición:

= +

TEORÍA CINÉTICA PARA LAS REACCIONES QUÍMICAS

La teoría cinética o de colisión:

a) Solo las moléculas que se acercan una de otra a distancias para formar enlaces, puede reaccionar.

b) Para cada reacción química, hay una barrera energética que debe superarse para que la reacción ocurra. Para que una colisión termine en reacción, las moléculas reactantes deben poseer energía suficiente para sobrepasar esta barrera energética.

Cualquier cosa que eleve la energía cinética de las moléculas reactantes, abnata la barrera energética para la reacción o incremente la frecuencia de colisión deberá aumentar la velocidad de reacción.

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5- FACTORES QUE AFECTAN LA ACTIVIDAD ENZIMATICA

TEMPERATURA Incrementa el número de moléculas que pueden reaccionar, ya que aumenta la energía cinética e incrementa la frecuencia de las colisiones. Este incremento de la velocidad de reacción no continua de manera indefinida, dado que finalmente se alcanza una temperatura a la cual las moléculas reactantes ya no son estables.

Aunque la elevación de la temperatura incrementa la velocidad de una reacción catalizada por enzimas, solo dentro de los limites de la temperatura. Al principio la velocidad de una reacción aumenta cuando la temperatura se eleva, debido al incremento de las moléculas reactantes. Mientras más tiempo se conserve una enzima a una temperatura a la cual su estructura es apenas estable, tiene mayor probabilidad de experimentar desnaturalización.

El factor por el cual el proceso biológico aumenta para un incremento de temperatura de 10°C es el coeficiente de temperatura o Q10.

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EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

En general, los aumentos de temperatura aceleran las reacciones químicas: por cada 10ºC de incremento, la velocidad de reacción se duplica. Las reacciones catalizadas por enzimas siguen esta ley general. Sin embargo, al ser proteínas, a partir de cierta temperatura, se empiezan a desnaturalizar por el calor. La temperatura a la cual la actividad catalítica es máxima se llama temperatura óptima (Figura de la derecha). Por encima de esta temperatura, el aumento de velocidad de la reacción debido a la temperatura es contrarrestado por la pérdida de actividad catalítica debida a la desnaturalización térmica, y la actividad enzimática decrece rápidamente hasta anularse.

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P H

Cuando se mide la actividad enzimática a diversos PH, la actividad optima (5.0 Y 9.0). La forma de las curvas de PH optimo esta determinada por:

1) Desnaturalización de la enzima a valores de PH altos o bajos

2) Alteraciones en el estado de carga de la enzima y/o sustrato. Para la enzima los cambios de carga pueden afectar la actividad, ya sea combinando la estructura o la carga en un residuo que funciona para ligar el sustrato o en la catálisis.

Una enzima cargada negativamente (Enz-) que reacciona con un sustrato positivamente cargado (SH+).

Enz- + SH+ EnzSH

A PH bajo, la Enz- adquiere protones y pierde su carga negativa:

Enz- + H+ EnzH

A valores PH altos, SH+ se ioniza y pierde su carga positiva:

SH+ S + H+

Las enzimas pueden experimentar cambios de conformación con las variaciones del PH “depende del comportamiento ácido-básico de los reactantes.El PH modifica los grupos ionizables de la enzima o del sustrato y pueden desnaturalizar la enzima PH optimo es un

PH característico en el cual su actividad enzimática es máxima.

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EFECTO DEL pH SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Los enzimas poseen grupos químicos ionizables (carboxilos -COOH; amino -NH2; tiol -SH; imidazol, etc.) en las cadenas laterales de sus aminoácidos. Según el pH del medio, estos grupos pueden tener carga eléctrica positiva, negativa o neutra. Como la conformación de las proteínas depende, en parte, de sus cargas eléctricas, habrá un pH en el cual la conformación será la más adeuada para la actividad catalítica (Figura de la derecha). Este es el llamado pH óptimo.

 La mayoría de los enzimas son muy sensibles a los cambios de pH. Desviaciones de pocas décimas por encima o por debajo del pH óptimo pueden afectar drásticamente su actividad. Así, la pepsina gástrica tiene un pH óptimo de 2, la ureasa lo tiene a pH 7 y la arginasa lo tiene a pH 10 (Figura de la izquierda). Como ligeros cambios del pH pueden provocar la desnaturalización de la proteína, los seres vivos han desarrollado sistemas más o menos complejos para mantener estable el pH intracelular: Los amortiguadores fisiológicos.

CONCENTRACION DEL SUSTRATO

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Las reacciones enzimáticas son tratadas como si tuvieran un solo sustrato y un producto único, la mayor parte de estas reacciones tienen dos o mas sustratos y dos productos. Si aumenta la concentración del sustrato mientras que todas las demás condiciones se conservan constantes, la velocidad inicial medida, vi. ( la velocidad medida cuando hay muy poco sustrato ha reaccionado), crece hasta un valor máximo, Vmáx, y no mas. La velocidad crece al aumentar la concentración del sustrato hasta el punto donde se dice que la enzima esta “saturada” con el sustrato. La velocidad inicial medida alcanza un valor máximo y no es afectada por el incremento ulterior en la concentración del sustrato. En la saturación se ocupan los sitios activos de la enzima por lo que no hay capacidad para unirse y transformar el sustrato, debido a altas concentraciones de sustrato.

* A bajas concentraciones de sustrato -------- factor limitante concentración del sustrato

* A altas concentraciones de sustrato -------- factor limitante concentración de la enzima Cuando ya no hay sustrato ---- termina la reacción ---- cae la curva.

La velocidad de reacción se puede medir de dos formas:a) por la desaparición de los reactantes.b) Por la aparición de los productos.

CONCENTRACION DE LA ENZIMA

La velocidad inicial de una reacción es la velocidad medida antes de que se haya formado suficiente producto para permitir que la reacción inversa ocurra. Además la velocidad inicial de una reacción enzimática es siempre proporcional a la concentración de la enzima. La concentración de la enzima es directamente proporcional a la velocidad de reacción o inicial. Factor limitante: el sustrato porque si se termina aunque haya mucha concentración de enzima, la curva termina por caer.

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EFECTO DE LAS CONCENTRACIONES SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

La velocidad de una reacción enzimática depende de la concentración de sustrato. La Figura de la derecha muestra la velocidad de una reacción enzimática a 6 concentraciones distintas de sustrato.

Además, la presencia de los productos finales puede hacer que la reacción sea más lenta, o incluso invertir su sentido (Figura inferior).

INHIBIDORES

Se unen a la enzima en el mismo sitio que el sustrato que es el sitio catalítico y otros en una región mas alegada que es el sitio alostérico. Los inhibidores se dividen en dos: reversibles e irreversibles, los reversibles se dividen en competitivo y no competitivo los competitivos son complejo enzima inhibidor (EI), y el no competitivo es el complejo enzima inhibidor sustrato (EIS). Y los irreversibles son venenos enzimáticos, forman enlace covalente, Son metales pesados Pb, Hg (se unen a sistemas catalíticos respiratorios sin lugar especifico). Destruye a la enzima.

INHIBIDORES NOCOMPETITIVOS

No hay competencia entre sustrato e inhibidor, es muy escasa con sustrato y se une a un espacio diferente en la enzima. Los inhibidores reversibles no competitivos disminuyen la velocidad máxima alcanzable con una cantidad dada de enzima (reducen V máx.) pero por lo general no afectan a Km. Puesto que sustrato e inhibidor pueden combinar en diferentes sitios es posible la formación de complejos EnZI y EnzIS. Ya que EnzIS puede

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descomponerse para formar el producto a una velocidad menor que la de EnzS, la reacción puede retrasarse pero no impedirse.

No hay competencia entre si Se puede unir a la enzima en cualquier otra parte “sitio alostérico” Modifica la conformación de la enzima aunque aumente la cantidad de

sustrato Puede retardar la formación del complejo y la del producto Km no se ve afectada porque si se alcanza la ½ de la velocidad

máxima, solo que se tardara mas Altera la velocidad máxima.

INHIBIDORES COMPETITIVOS

La inhibición competitiva ocurre en el sitio de unión del sustrato (catalítico). Puede combinarse reversiblemente con la enzima formando un complejo enzima-inhibidor (EnzI) un lugar de un complejo EnzS. Cuando el sustrato y el inhibidor se encuentran, compiten por los mismos sitios de unión sobre la superficie de la enzima. La velocidad de formación del producto, que es el valor que se mide, depende de la concentración de EnzS. I se fija firmemente a la enzima, hay una cantidad escasa de enzima libre (Enz) disponible para combinarse con S para formar EnzS y finalmente Enz + P. Asi la velocidad de reacción será lenta. Una concentración igual de un inhibidor unido con menor fuerza no hará disminuir la velocidad de la reacción tan marcadamente. A una concentración fija de I se agrega más S. Esto aumenta la probabilidad de que Enz se combine con S, en lugar de hacerlo con I. La proporción de EnzS/ EnzI y la velocidad de reacción se incrementa. A una concentración suficientemente elevada de S, la concentración relativa de EnzI desaparecerá. Si esto es así, la velocidad de reacción catalizada será la misma que en ausencia de I.

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EFECTO DE LOS INHIBIDORES SOBRE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Ciertas moléculas pueden inhibir la acción catalítica de un enzima: son los inhibidores. Estos inhibidores bien pueden ocupar temporalmente el centro activo por semejanza estructural con el sustrato original (inhibidor competitivo) o bien alteran la conformación espacial del enzima, impidiendo su unión al sustrato (inhibidor no competitivo) (Figuras inferiores).

Inhibidor no competitivo

Inhibidor no competitivo

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CONSTANTE DE MICHAELIS-MENTEN

Modelo cinético de michaelis-menten

Los estudios sistemáticos del efecto de la concentración inical del sustrato sobre la actividad enzimática comenzaron a realizarse a finales del siglo XIX. Ya en 1882 se introdujo el concepto del complejo enzima-sustrato como intermediario del proceso de catálisis enzimática. En 1913, Leonor Michaelis (foto de la izquierda) y Maud Menten (foto de la derecha) desarrollaron esta teoría y propusieron una ecuación de velocidad que explica el comportamiento cinético de los enzimas.Para explicar la relación oservada entre la velocidad inicial (v0) y la concentración inicial de sustrato ([S]0) Michaelis y Menten propusieron que las reacciones catalizadas enzimáticamente ocurren en dos etapas: En la primera etapa se forma el complejo enzima-sustrato y en la segunda, el complejo enzima-sustrato da lugar a la formación del producto, liberando el enzima libre:

En este esquema, k1, k2 y k3 son las constantes cinéticas individuales de cada proceso y también reciben el nombre de constantes microscópicas de velocidad. Según esto, podemos afirmar que:

v1 = k1 [E] [S] v2 = k2 [ES] v3 = k3 [ES] Se puede distinguir entre enzima libre (E) y enzima unido al sustrato (ES), de forma que la concentración total de enzima, [ET], (que es constante a lo largo de la reacción) es:[ET] = [E] + [ES]Como [E] = [ET] - [ES], resulta que: v1= k1[S] [ET] - k1 [S] [ES

Este modelo cinético adopta la hipótesis del estado estacionario, según la cual la concentración del complejo enzima-sustrato es pequeña y constante a lo largo de la reacción (Figura de la derecha). Por tanto, la velocidad de formación del complejo enzima-sustrato (v1) es igual a la de su disociación (v2+ v3):

v1 = v2 + v3

Además, como [ES] es constante, la velocidad de formación de los productos es constante:

v = v3 = k3 [ES] = constante.

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Como v1=v2+v3, podemos decir que:Despejando [ES], queda que: Siendo

En donde la expresión (k2+k3)/k1 se ha sustituído por KM, o constante de Michaelis-Menten. Este enlace nos Aporta una explicación sobre las razones que hacen de la KM un parámetro

cinético importantePor lo tanto, en el estado estacionario, la velocidad de formación del producto es:

Para cualquier reacción enzimática, [ET], k3 y KM son constantes. Vamos a considerar dos casos extremos:

A concentraciones de sustrato pequeñas ([S] << KM) v = (k3 [ET]/KM) [S]. Como los términos entre paréntesis son constantes, pueden englobarse en una nueva constante, kobs, de forma que la expresión queda reducida a: v = kobs [S], con lo cual la reacción es un proceso cinético de primer orden. A concentraciones de sustrato elevadas ([S] >> KM), v = k3 [ET]. La velocidad de reacción es independiente de la concentración del sustrato, y por tanto, la reacción es un proceso cinético de orden cero. Además, tanto k3 como [ET] son constantes, y nos permite definir un nuevo parámetro, la velocidad máxima de la reacción (Vmax): Vmax = k3 [ET], que es la velocidad que se alcanzaría cuando todo el enzima disponible se encuantra unido al sustrato. Si introducimos el parámetro Vmax en la ecuación general de la velocidad, (la fórmula recuadrada anteriormente), obtenemos la expresión más conocida de la ecuación de Michaelis-Menten

Hay enzimas que no obedecen la ecuación de Michaelis-Menten. Se dice que su cinética no es Michaeliana. Esto ocurre con los enzimas alostéricos, cuya gráfica v frente a [S] no es una hipérbola, sino una sigmoide (Figura de la derecha). En la cinética sigmoidea, pequeñas variaciones en la [S] en una zona crítica (cercana a la KM) se traduce en grandes variaciones en la velocidad de reacción.

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Cálculo de la KM y de la Vmax de un enzima

La representación gráfica de la ecuación de Michaelis-Menten (v0 frente a [S]0) es una hipérbola. La Vmax corresponde al valor máximo al que tiende la curva experimental, y la KM corresponde a la concentración de sustrato a la cual la velocidad de la reacción es la mitad de la Vmax.

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Para determinar gráficamente los valores de KM y Vmax es más sencillo utilizar la representación doble recíproca (1/v0 frente a 1/[S]0), ya que es una línea recta. Esta representación doble recíproca recibe el nombre de representación de Lineweaver-Burk (Figura de la derecha). Es una recta en la cual:

La pendiente es KM/Vmax La abscisa en el origen (1/v0 = 0) es -1/KM La ordenada en el origen (1/[S]0 = 0) es 1/Vmax

De esta forma, a partir de los datos experimentales se puede calcular gráficamente, los valores de KM y Vmax de un enzima para diversos sustratos

6- REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD CATALÍTICA DE LAS ENZIMAS: RECAMBIO DE PROTEÍNAS. ENZIMAS ALOSTÉRICAS Y SUS

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MODULADORES. MODIFICACIÓN COVALENTE DE ENZIMAS “INTERCONVERTIBLES”. CIMÓGENOS

RECAMBIO DE PROTEÍNAS

Los procesos combinados de la síntesis y degradación de las enzimas constituyen el recambio enzimático. El recambio de una proteína fue descubierto como una propiedad característica de las células de los mamíferos, mucho tiempo antes de que se mostrara que también ocurría en las bacterias.

Midiendo las velocidades de incorporación de aminoácidos marcados con 15N a la proteínas y los índices de perdida de 15N de las proteínas. Las proteínas están en un estado de “equilibrio dinámico”.

ENZIMAS ALOSTÉRICAS

Algunas enzimas no siguen la cinética enzimática de Michaelis-Menten. Un grupo importante de éstas enzimas se haya bajo el control de moléculas llamadas efectores, que se unen a zonas de la enzima distintas de los sitios catalíticos y que influyen en la unión del sustrato al sitio catalítico. Estas enzimas se conocen con el nombre de enzimas alostéricas.

La mayoría de las enzimas alostéricas están formadas por subunidades de cadenas peptídicas idénticas o estrechamente relacionadas. La conformación cuaternaria resulta modificada por los correspondientes efectores alostéricos. Uno o más de los sitios funcionales de estas enzimas pueden ser catalíticos (C) mientras que uno o más de los sitios pueden ser reguladores (R) y no idénticos a los puntos catalíticos o activos. En la mayor parte de los casos, los sitios R y C se encuentran en subunidades distintas; en otras enzimas, los sitios alostéricos y catalíticos se localizan en la misma subunidad.

Cuando la velocidad de reacción de una enzima alostérica se representa en función de la concentración del sustrato, se obtiene una curva sigmoidea en lugar de hiperbólica.

Diferencia entre las cinéticas enzimáticas de de Michaellis –Menten y alostérica. N , curva cinética de la reacción sin efectores alostéricos.

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Puede observarse que las curvas alostéricas cambian considerablemente al alterar la concentración de los efectores, bien positivos o bien, negativos.

La cinética alostérica puede representarse mediante la ecuación:

Donde n es coeficiente que representa la interacción de los sitios de unión, K constituye una medida de la afinidad del sustrato por la enzima.Las enzimas alostéricas:*están constituidas en lo general por más de una cadena polipeptídica *pueden contener dos centros funcionales distintos, uno catalítico y otro regulador.*pueden estar sujetas al control, bien positivo bien negativo de uno o más cofactores.*poseen efectores que pueden ser coenzimas, sustratos o productos.*sufren cambios en la conformación o la cooperatividad de sus componentes polipéptidos cuando se hallan bajo el efecto de los efectores adecuados.

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MODIFICACION COVALENTE DE ENZIMAS

Enzimas interconvertibles

La modulación reversible de la actividad catalítica de las enzimas puede producirse por la adherencia covalente de un grupo fosfato o de nucleótidos. Las enzimas que experimentan modificación covalente con modulación concomitante de su actividad se denomina “ enzimas interconvertibles “ .Las enzimas interconvertibles existen en dos condiciones de actividad, una de eficacia catalítica elevada y otra de baja eficacia. Dependiendo de la enzima que se trate, el catalizador mas activo puede ser la fosfoenzima a lo que no posee grupo fosfato.

CIMÓGENOS

La activación catalizada enzimática de los precursores inactivos de las enzimas para dar la forma catalíticamente activa.

Se sintetizan inactivas y pasan a forma activa por modulación covalente irreversible.

Enzimas hidrolíticas en el sistema digestivo.

Inactiva enzima activa

Pepsinogeno pepsina H+ pepsina + 42 restos de aminoácidos

Tripsinogeno enteroquinasa tripsina + Hexapeptido

Quimotripsinogeno tripsina Quimotripsina + 2 Dipéptidos

La pepsina .- se sintetiza en la pared del estomago ( mucosa ) Trabaja en el estomago

La tripsina y quimotripsina.- son sintetizadas por el páncreas con actividad en el intestino.

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7- ISOENZIMAS. ENZIMAS PLASMÁTICAS FUNCIONALES Y NO FUNCIONALES. IMPORTANCIA CLÍNICA DE LA DETERMINACIÓN PLASMÁTICA DE LAS ENZIMAS (ENZIMAS DE ESCAPE)

ISOENZIMAS

Otro tipo de regulación de l actividad metabólica tiene lugar mediante la participación de isoenzimas, formas múltiples de un enzima determinado que puede presentarse en una sola especie de organismo e incluso en una sola célula.La lactato deshidrogenasa, uno de los primeros enzimas de ésta clase es ser intensamente estudiado e, aparece en 5 formas izosimicas.Los 5 isozimas están constituidos por cinco combinaciones diferentes de dos clases de cadenas polipeptídicas, designadas por M y H.El isozima que predomina en el músculo esquelético posee 4 cadenas M idénticas y que designa como ; otro, que predomina en el corazón, posee 4 cadenas H idénticas y se designa . Los otros tres isoenzimas tienen la composición , y

La investigación genética indica que las secuencias aminoácidas de las dos cadenas polipeptídicas diferentes M y H de la lactato- deshidrogenasa se hallan codificadas por dos genes diferentes.

ENZIMAS PLASMÁTICAS FUNCIONALES Y NO FUNCIONALES

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ENZIMAS PLASMÁTICAS FUNCIONALES.- Se sintetizan en el hígado pero siempre se presentan en la circulación sanguínea y realizan una función fisiológica en la sangre. Incluyen: proteínas inmunoglobulinas, la albúmina, la pseadocolinesterasa y las proenzimas de la coagulación sanguínea.

ENZIMAS PLASMÁTICAS NO FUNCIONALES.- No realizan ninguna funcion fisiológica conocida, se presentan en la sangre de personas sanas en concentraciones millones de veces menos a la de los tejidos.Su presencia en el plasma en concentraciones por arriba de los valores normales sugiere un incremento en la velocidad de destrucción tisular.Incluyen las glándulas presentes en secreción exocrinas: amilasa pancreática, lipasa, fosfatasa alcalina biliar y fosfatasa ácida prostática y las enzimas intracelulares verdaderas.

IMPORTANCIA CLÍNICA DE LA DE LA DETERMINACIÓN PLASMÁTICA DE ENZIMAS

Por mucho tiempo, la práctica profesional médica ha usado la cuantificación de ciertas enzimas plasmáticas no funcionales. Esta valiosa información para el diagnóstico y pronostico se obtiene muchas veces con equipos automáticos.

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8- PROCEDIMIENTOS CLÁSICOS PARA LA CUANTIFICACIÓN, PURIFICACIÓN Y LOCALIZACIÓN INTRACELULAR DE ENZIMAS

CUANTIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS

La teoría fundamental de la catálisis enzimática se basa en los estudios clásicos de Michaelis y Menten y de Haldane .El análisis cuantitativo de la acción de las enzimas que ha sido desarrollado depende en gran medida de la determinación de las velocidades de reacción. Si la velocidad de reacción inicial, definida como la velocidad observada para una cantidad dada de enzima cuando la concentración del producto formado está próxima a cero, se expresa en función de la concentración del sustrato.

PURIFICACION DE LAS ENZIMAS

El objetivo de la purificación enzimática es aislar una enzima específica a partir de un extracto celular crudo, que contiene muchos otros componentes. Las moléculas pequeñas pueden eliminarse mediante diálisis o filtración en gel; los ácidos nucleicos mediante precipitación con el antibiótico estreptomicina; y a si sucesivamente. El problema consiste en separar la enzima deseada de los cientos de proteínas químicamente y físicamente similares.

Las enzimas se obtienen a partir de fuentes naturales, o de las celulas las cuales se expresan a partir de genes clonados.

Hoy en día, la tecnología del DNA recombinante permite a los científicos reproducir proteínas en células en las cuales dichas proteínas no se presentan normalmente. Las células huésped típicas corresponden a las bacterias y a las levaduras, fáciles de cultivar en grandes cantidades.La capacidad para expresar proteínas recombinantes en concentraciones relativamente grandes, permite a los científicos aislar enzimas cuyas escasas concentraciones en las células donde se presentan de manera natural, hacen difícil purificarlas. Incluso el modificar el DNA que codifica la proteína mediante mutagénesis puntual dirigida, los científicos pueden adicionar, eliminar o modificar aminoácidos específicos en la enzima recombinante, con objeto de facilitar la determinación de sus participaciones funcionales o estructurales. Sien embargo la purificación de las enzimas a partir de las fuentes naturales sigue siendo importante, con objeto de identificar la naturaleza y función de las modificaciones postraduccionales que regulan la localización y la eficiencia catalítica de la enzima.

Para la purificacion se utiliza cromatografia de intercambio ionico o cromatografia con soportes de exclusion

Los procedimientos clásicos de purificación útiles incluyen precipitación con diversas concentraciones salinas (por lo general sulfato de amonio o de sodio) o solventes (acetona o etanol), a si como desnaturalización mediante

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calentamiento diferencial o pH, centrifugación diferencial, filtración en gel y electroforesis. Para la purificación extensa y rápida de las proteínas, también han resultado extremadamente exitosas la adsorción y la elucion selectivas de las proteínas de celulosa de intercambio anionico, dietilaminoetil celulosa (DEAE), y en la de intercambio catiónico carboximetilcelulosa (CMC).Por ejemplo, un extracto acuoso de tejido hepático se ajusta a un pH de 7.5 en el cual la mayor parte de las proteínas poseen una carga negativa neta. Enseguida se aplica la mezcla de proteínas solubles a una columna de celulosa DEAE amortiguada a un pH de 7.5, en el cual la DEAE presenta carga positiva. Luego, las proteínas con carga negativa se enlazan a la DEAE mediante interacción de carga opuesta, al tiempo que las proteínas sin carga o con carga positiva fluyen directamente a lo largo de la columna. A continuación se eluye la columna, casi siempre mediante un gradiente, desde una concentración baja hasta una alta de NaCl disuelto en amortiguador con pH de 7.5.Toda vez que el Cl compite con las proteínas por el enlace al soporte con carga positiva, las proteínas se eluyen selectivamente; primero la mas débilmente enlazada, y al final la enlazada con mas fuerza. La separación de las proteínas análogas utiliza un soporte con carga negativa, como la carboximetilcelulosa o la fosfocelulosa, a un pH algo menor, a fin de asegurar que las proteínas posean mas carga positiva.La separación de las proteínas también puede lograrse con materiales porosos conocidos como “filtros moleculares”. Cuando una mezcla de proteína fluye a través de una columna con filtro molecular, las proteínas pequeñas se distribuyen en los espacios entre las partículas y en los espacios internos de los poros del soporte. Conforme la mezcla de proteínas de tamaños diferentes fluye a lo largo de la columna, se retarda la movilidad de las proteínas pequeñas respecto a las proteínas que son demasiado grandes para ingresar a estos poros. Por tanto, las proteínas grandes emergen a la columna antes que las proteínas más pequeñas. El perfil de la elusión presenta un patrón gradual de las proteínas, que va desde las más grandes hasta las más pequeñas. Sin embargo los filtros moleculares tienen una capacidad limitada y por lo general se utilizan solo después de lograr, mediante otras técnicas, la purificación inicial.

La afinidad de los soportes cromatograficos reconoce regiones especificas de las enzimas

La característica sobresaliente de la cromatografía por afinidad consiste en el aislamiento selectivo de una proteína en particular, o cuando mucho, de una cantidad pequeña de proteínas particulares a partir de una mezcla proteica compleja. La técnica utiliza un ligando inmóvil que interactúa de manera con la enzima cuya purificación se desea. Al exponer la mezcla proteica a este ligando inmóvil, las únicas proteínas que se enlazan son las que interactúan fuertemente con el ligando; las proteínas indeseables fluyen a lo largo de la columna y se descartan. A continuación, la proteína deseada se eluye a partir del ligando inmóvil, por lo general una gran concentración de sal, o mediante la variante soluble del ligando.

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Las purificaciones logradas mediante las técnicas cromatográficas por afinidad resultan impresionantes, y a menudo superan lo que es posible lograr mediante la aplicación sucesiva de diversas técnicas típicas.Los ligandos preferidos corresponden a los derivados de los sustratos y de las coenzimas, o los colorantes orgánicos, los cuales actúan como análogos de nucleótidos o de coenzimas enlazados de manera covalente a un soporte inerte. Estos ligandos se adhieren al soporte mediante una molécula enlazadora con una longitud de 3 a 8 carbonos. Sin embargo el “enlazador” hidrófobo puede complicar la separación, al introducir un elemento correspondiente a la cromatografía de ligando hidrófobo. Los ejemplos de cromatografía por afinidad exitosa incluyen la purificación de diferentes deshidrogenasas en soportes con afinidad por NAD. Si bien es posible el enlace de muchas deshidrogenasas y la correspondiente elusión conjunta al tratar la columna con NAD soluble, la utilización subsecuente de soportes con afinidad de sustrato (en vez de coenzima) o la elusión con una mezcla ternaria abortiva de un producto y un sustrato, han demostrado resultar exitosas en muchos casos.En la cromatografía con ligando hidrófobo se adhiere un hidrocarburo alquilo, o un arilo, a un soporte como Sephadex. La retención de las proteínas en estos soportes involucra interacciones hidrófobas entre la cadena alquilo y las regiones hidrófobas de la proteína. Las proteínas se aplican en soluciones que contienen una alta concentración salina y se eluyen con gradientes decrecientes de la misma sal.

Las proteinas de fusion recombinantes se purifican mediante cromatografia por afinidad

Además de proporcionar una fuente abundante de una enzima, lo cual facilita en gran mediada la purificación, la tecnología del DNA recombinante puede utilizarse para crear proteínas modificadas, las cuales pueden purificarse mediante cromatografía por afinidad. El enfoque general consiste en enlazar al gen secuencias de nucleótidos que codifican para extensiones de la proteína, generando una proteína de fusión que se utiliza como ligando para un soporte de afinidad especifica. Un sistema común consiste en enlazar una tira de 5 o 6 histidinas, o como opción, el dominio para el enlace del sustrato en la enzima glutation S- transferasa, a las terminales amino o carboxilo de las enzimas de interés. A continuación es posible purificar la proteína de fusión recombinante, en una columna por afinidad en la cual, para el enlace se coloca un ion metálico divalente como el Ni (para las fusiones con polihistidina) o glutatión (para las proteínas de fusión de la glutatión S- transferasa). A menudo las proteínas de fusión incorporan, en la región que enlaza las dos partes de la proteína de fusión, un sitio de escisión para la proteasa muy especifica, como la trombina. Esto permite la remoción del dominio de fusión adicionado, después de la purificación por afinidad.

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LOCALIZACION INTRACELULAR DE LAS ENZIMAS

Las enzimas pueden presentarse en organelos especificos

El arreglo espacial y la compartimentalización de las enzimas, los sustratos y los cofactores en el interior de la célula, resultan de importancia cardinal. Por ejemplo, en las células hepáticas, las enzimas para la glucólisis se localizan en el citoplasma, en tanto que las enzimas para el ácido cítrico se hallan en las mitocondrias. La distribución de las enzimas entre los organelos subcelulares, pueden estudiarse después del fraccionamiento de los homogeneizados celulares, mediante centrifugación de alta velocidad. Con frecuencia, es posible obtener la localización de una enzima particular de un tejido o en una célula mediante procedimientos histoquímicos (histoenzimología). Para ello, los cortes congelados de tejido delgados (2 a 10 um) se tratan con un sustrato de una enzima particular. En presencia de la enzima se forma el producto de la reacción catalizada por dicha enzima.Si dicho producto es colorido e insoluble, permanece en el sitio de su formación y localiza a si a la enzima.La histoenzimologÍa proporciona una representación gráfica y relativamente fisiológica de los patrones de la distribución enzimática.

La localización subcelular de los sistemas enzimáticos puede resumirse de la siguiente manera. Muchas enzimas asociadas al núcleo participan en el mantenimiento, la renovación y la utilización del aparato genético. La mayoría de las enzimas mitocondriales guardan relación con la producción de energía o con reacciones oxidativas que proporcionan la fuerza de inducción necesaria para muchas funciones celulares.Las enzimas asociadas a los ribosomas favorecen la biosíntesis de proteínas.Los lisosomas contienen enzimas que catalizan la destrucción hidrolítica de materiales que la célula ya no necesita.El complejo de Golgi es un sistema de túmulos y vesículas que actúan en las células secretoras para reunir y expulsar de la célula proteínas u otros productos del metabolismo celular. En las células especializadas en la absorción, el complejo de Golgi, parece actuar de forma opuesta: reúne el material captado por otras células.Por otro lado, las enzimas citosólicas catalizan el tipo de metabolismo de los carbohidratos conocido como glucólisis. Las enzimas responsables de la biosíntesis de los ácidos grasos son también citosólicas aunque, a diferencia de las que participan en la glucólisis, éste sistema de enzimas se halla perfectamente organizado en forma de un péptido de gran longitud que desarrolla las siete actividades enzimáticas necesarias.Los orgánulos aislados muestran a menudo su propia arquitectura estructural con más detalle. Así por ejemplo, las partículas mitocondriales tienen una doble membrana. La membrana interna, la membrana externa y el espacio entre ellas constituyen regiones, cada una de las cuales posee grupos específicos de enzimas que desarrollan así sus funciones de manera más eficaz. Esta misma descripción es aplicable a la membrana que delimita la

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célula. O membrana plasmática, que no es una simple barrera inerte; contiene su propia serie característica de enzimas, la mayoría de las cuales favorecen o controlan la entrada de materiales en la célula o la salida de las sustancias de ella.

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Laura Adriana Rodríguez Hernández

Diana Figueroa Quinteros

Nancy Lindsay Espinosa Rios

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UNIDAD VVITAMINAS

HIDROSOLUBLES Y LIPOSOLUBLES

QUE SON LAS VITAMINAS

Las vitaminas son compuestas esenciales para las reacciones metabólicas específicas, los tejidos humanos son incapaces de sintetizarlas a partir de metabolitos simples. Actúan como coenzimas o como parte de enzimas responsables de favorecer las reacciones químicas esenciales.

Él termino vitamina fue concebido en 1912 por Casimir Funk para designar a los factores accesorios de los alimentos necesarios para la vida. Por lo general se clasifica alas vitaminas en dos grupos con base en la solubilidad, la cual hasta cierto punto determina su estabilidad, presencia en los alimentos, distribución en los líquidos corporales y la capacidad para depositarse en los tejidos.

VitaminasVitamina.- cualquiera de un grupo de compuestos orgánicos esenciales en el metabolismo y necesarios para el crecimiento y, en general, para el buen funcionamiento del organismo, es decir para u mantenimiento, crecimiento, desarrollo y reproducción. No aportan energía, puesto que no se utilizan como combustible, pero sin ellas el organismo no es capaz de aprovecharlos elementos constructivos y energéticos suministrados por la alimentación. Las vitaminas participan en la formación de hormonas, células sanguíneas, sustancias químicas del sistema nervioso y material genético. Las diversas vitaminas no están relacionadas químicamente, y la mayoría de ellas tiene una acción fisiológica distinta. Por lo general actúan como catalizadores, es decir como coenzimas, combinándose con las proteínas para crear metabólicamente enzimas activas que a su vez producen importantes reacciones químicas en todo el cuerpo. Sin las vitaminas muchas de estas reacciones tardarían más en producirse o cesarían por completo.Las 13 vitaminas identificadas se clasifican de acuerdo a su capacidad de disolución en grasa son las vitaminas liposolubles o en agua las vitaminas hidrosolubles. Las vitaminas liposolubles, A, D, E y K, suelen consumirse junto con alimentos que contienen grasa y, debido a que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo, no es necesario tomarlas todos los días. Las vitaminas hidrosolubles, las ocho del grupo B(tiamina, riboflavina, niacina, piridoxina, biotina, ácido pantoténico, ácido fólico y cobalamina)y la vitamina C, no se pueden almacenar y, por tanto, se deben consumir con frecuencia, preferiblemente a diario (a excepción de algunas vitaminas B, como veremos después).Las vitaminas deben ser aportadas a través de la alimentación, ya que, a excepción de la vitamina D, no pueden ser sintetizadas por el cuerpo humano. La carencia da origen a una amplia gama de disfunciones metabólicas y de otro tipo. Una dieta bien equilibrada contiene todas las vitaminas necesarias, y la

111

mayor parte de las personas que siguen una dieta así pueden corregir cualquier deficiencia anterior de vitaminas. Sin embargo, las personas que siguen dietas especiales, que sufren de trastornos intestinales que impiden la absorción normal de los nutrientes, o que están embarazadas o dando de mamar a sus hijos, pueden necesitar suplementos especiales de vitaminas para sostener su metabolismo. Aparte de estas necesidades reales, también existe la creencia popular de que los suplementos vitamínicos ofrecen remedio para muchas enfermedades, desde resfriados hasta el cáncer; pero en realidad el cuerpo elimina rápidamente casi todos estos preparados sin absorberlos. Además, las vitaminas liposolubles pueden bloquear el efecto de otras vitaminas e incluso causar intoxicación grave si se toman en exceso.

VITAMINAS HIDROSOLUBLES.

La mayoría de las vitaminas hidrosolubles son componentes de los sistemas enzimáticos esenciales. Muchas de ellas participan en las reacciones que apoyan el metabolismo energético. Estas vitaminas normalmente no se almacenan en el cuerpo en cantidades apreciables y se excretan en pequeñas cantidades en la orina; por lo tanto, es deseables suministrar un complemento diario para evitar su disminución y la interrupción de las funciones fisiológicas normales.Los miembros del complejo B tienen una función esencial en el proceso metabólico de las células vivas, tanto de plantas como de animales. Funcionan como coenzimas o como grupos prostéticos junto a las apoenzimas. Cuatro de estas son esenciales para la derivación de energía de la glucólisis y el ciclo del ácido tricarboxílico.Debido a las estrechas interrelaciones entre las vitaminas B, una ingesta inadecuada de alguna puede alterar la utilización de otras. Rara vez se ve en la clínica la deficiencia discreta de una sola de las vitaminas B.

112

1-TIAMINA (B1)

La tiamina o vitamina B1, una sustancia cristalina e incolora, en la naturaleza se encuentra en estado libre como pirofosfato de tiamina o trifosfato, tiene funciones esenciales en la transformación de energía y en la conducción por membranas y la conducción nerviosa, así como en la síntesis de pentosas y la forma reducida de la coenzima de la niacina.

Función

Funciona como una coenzima vital para la respiración tisular. Actúa como coenzima en la oxidación de los carbohidratos, participando en la descarboxilación del a-cetoglutarato para su conversión el succinil-CoA y la del piruvato a acetil-CoA, reacciones en las que también interviene el ácido pantoténico como coenzima-A. La tiamina también participa en la síntesis de sustancias que regulan el sistema nervioso. Esta también es necesaria para metabolizar las grasas, proteínas y los ácidos nucleicos, se vincula principalmente con el metabolismo de los carbohidratos.

Fuentes alimenticias

Muchos alimentos contienen tiamina, pero pocos la aportan en cantidades importantes. Los alimentos más ricos en tiamina son la carne de cerdo, las vísceras (hígado, corazón y riñones), la levadura de cerveza, las carnes magras, la yema de huevo, los vegetales de hoja verde, la cascarilla de los cereales, el germen de trigo, mías y fríjol, las bayas, los frutos secos y las legumbres. Al moler los cereales se les quita la parte del grano más rica en tiamina, de ahí la probabilidad de que la harina blanca y el arroz blanco refinado carezcan de esta vitamina. La práctica, bastante extendida, de enriquecer la harina y los cereales ha eliminado en parte el riesgo de una insuficiencia de tiamina, aunque aún se presenta en alcohólicos que sufren deficiencias en la nutrición.

Deficiencia

La insuficiencia de tiamina produce beriberi, una enfermedad que se caracteriza por síntomas iniciales como neuropatía periférica, fatiga y anorexia, las cuales progresan hacia edema y degeneraciones musculares, neurológicas y cardiovasculares y, en casos graves, incluso ataque al corazón y muerte. La absorción de la tiamina se realiza en la porción inicial del intestino delgado por medio de transporte activo dependiente de Na+, en los tejidos se desintegra por

completo 1mg de tiamina cada día. Cuando la ingestión excede el requerimiento diario el exceso aparece de manera cuantitativa en la orina como

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tiamina intacta o como pirimidina, que surge a partir de la desintegración de la molécula de tiamina.

Exceso

A medida que el consumo de tiamina aumenta más una proporción mayor del exceso se excreta pero puede llegar a ocasionar un efecto analgésico sobre nervios periféricos e hipertensión vascular.

Requerimiento diario

Los requerimientos diarios de la vitamina para el adulto de 50 a 60 mg.

Edad (años) RDA (mg)Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

0.30.4

Niños1-34-6

0.70.9

Hombres11-1415-1819-2425-5051+

1.31.51.51.5 1.2

Mujeres11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6 mesesSegundos 6 meses

1.11.11.11.11.01.5

1.61.6

Formula

114

2-RIBOFLAVINA (B2)

La riboflavina o vitamina B2, su forma biológicamente activa de esta es como coenzima FMN (mononucleótido de flavina) y FAD (dinucleótido de adenina y flavina). La forma predominante, es como un componente esencial de la producción de energía vía la cadena respiratoria. Pigmento fluorescente, verde-amarillento en la leche, que se identifico en 1879.

Función

La riboflavina se combina con el ácido fosfórico para formar parte de la estructura de las dos coenzimas de la flavina, FMN y FAD.Al igual que la tiamina, actúa como coenzima, es decir, debe combinarse con una porción de otra enzima para ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno; las cuales intervienen en reacciones catalizadas por enzimas oxidoreductasa en el metabolismo de los nutrientes energéticos, se les encuentra como parte de algunas etapas metabólicas en la cadena respiratoria y de enzimas como la xantina oxidasa, la D-amonooxidasa y la L-aminooxidasa. También son coenzimas de las deshidrogenasas, las cuales catalizan el primer paso de la oxidación de varios intermediarios en el metabolismo d la glucosa y de los ácidos grasos. El FMN se requiere para la conversión de la piridoxina fosforilada para su coenzima funciona y el FAD para la conversión del triptófano a niacina. También actúa en el mantenimiento de las membranas mucosas, también ayuda al crecimiento y reproducción, y mejora el estado de la piel, las uñas y el cabello.

Fuentes alimenticias

Las mejores fuentes de riboflavina son el hígado, la leche, queso, vegetales frondosos verdes, la carne, las espinacas, los huevos, los cereales enteros y enriquecidos, la pasta, el pan y las setas.

Deficiencia

La insuficiencia de riboflavina puede complicarse si hay carencia de otras vitaminas del grupo B. Esta suele presentarse cuando por varios meses la ingesta de riboflavina es baja. Sus síntomas, fotofobia, lagrimeo, ardor y comezón en los ojos, perdida de la agudeza visual, lesiones en la piel, en particular cerca de los labios y la nariz, y alteraciones en la médula ósea, las cuales en son glositis, dermatitis seborreica de la cara, queilosis y dermatitis sobre el tronco y las extremidades, seguidas por anemia y neuropatía; Suelen ser deficitarios los bebedores o fumadores crónicos y las personas que siguen una dieta vegetariana estricta y no toman suplementos de levadura de cerveza o germen de trigo.

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Exceso

Cuando se ingiere una cantidad mayor al requerimiento diario la vitamina se excreta por la orina, aunque se ha observado que en algunas personas se presenta prurito, parestesia y anuria.

Requerimiento diario

Se recomienda una ingesta diaria de 0.6mg/1000kcal, que es equivalente alrededor de 1.6mg/día para varones adultos jóvenes y de 1.2mg/día para mujeres adultas jóvenes.

Edad (años) RDA (mg)Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

0.40.5

Niños

1-34-67-10

0.81.11.2

Hombres

11-1415-1819-2425-5051+

1.51.81.71.71.4

Mujeres

11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6 mesesSegundos 6 meses

1.31.31.31.31.21.6

1.81.7

116

Formula

3-NIACINA (B3)

La nicotinamida (amida) o vitamina B3, vitamina del complejo B cuya estructura responde a la amida del ácido nicotínico o niacina, funciona como coenzima para liberar la energía de los nutrientes. También se conoce como vitamina PP. La niacina forma parte de la estructura de dos coenzimas, el NAD (dinucleótido de adenin-nicotinamida) y su forma fosforilada el NADP. La niacina se identifico como resultado de la búsqueda de la causa y cura de la pelagra. Es un material cristalino blanquecino.

Función

Las coenzimas NAD y NADP están presentes en todas las células. El NAD interviene en el metabolismo energético al formar parte de las enzimas que catalizan reacciones oxidorreducción principalmente en el sistema microsómico para las oxidaciones biológicas, también se utiliza en la síntesis de glucógeno y el NADP es fundamental en las reacciones anabólicas que tienen que ver con la síntesis de los ácidos grasos y los esteroides.

Fuentes alimenticias

Las mejores fuentes de niacina son el hígado, la carne magra, clara de huevo, el salmón y el atún enlatados, los cereales enteros o enriquecidos (trigo y arroz), las legumbres y los frutos secos.

117

Deficiencia

La insuficiencia de niacina o ácido nicotínico produce pelagra, cuyo primer síntoma es una erupción (prurito) parecida a una quemadura solar allá donde la piel queda expuesta a la luz del sol. Otros síntomas son lengua roja e hinchada (glositis), queilosis, transtornos gastrointestinales (diarrea y aclorhidria), pigmentación y engrosamiento de la piel, confusión mental, irritabilidad y, cuando se ve afectado el sistema nervioso central, depresión y trastornos mentales.

El cuerpo también fabrica niacina a partir del aminoácido triptófano, (como NAD+). Se han utilizado experimentalmente sobredosis de niacina en el tratamiento de la esquizofrenia, aunque ninguna prueba ha demostrado su eficacia.

Exceso

En grandes cantidades reduce los niveles de colesterol en la sangre, y ha sido muy utilizada en la prevención y tratamiento de la arteriosclerosis, por lo que se administran uno o dos gramos de niacina al día bajo supervisión médica. Las grandes dosis en periodos prolongados pueden ser perjudiciales para el hígado y ocasiona síntomas de sudoración, prurito y malestares gastrointestinales.

Formula

118

Requerimiento diario

El humano requiere tener una ingesta de niacina por día al menos de 13 a 18 mg. Puede ingresar en el organismo como ácido nicotínico, nicotinamida o triptófano.

Edad (años) RDA(mg)

Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

56

Niños

1-34-67-10

91213

Hombres

11-1415-1819-2425-5051+

1720191915

Mujeres

11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6mesesSegundos 6 meses

151515151317

2020

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4- ÁCIDO PANTOTÉNICO (B5)

Es una vitamina que se encuentra ampliamente distribuida en la naturaleza, considerando que sus principales fuentes. Es un compuesto blanco, cristalino, de sabor amargo, más estable en solución que en la forma en polvo, y de fácil descomposición por ácidos, alcalinos y calor seco.

Función

Lleva acabo funciones metabólicas celulares como coenzima-A (CoA) las cuales consisten en relaciones de acilación como donadora o aceptora de grupos acetilo y acilo. Dichas reacciones tienen que ver con el metabolismo energético, ya que la CoA participa en la conversión de piruvato a acetil-CoA, así como del a-cetoglutarato a succinil-CoA. La CoA interviene, además, en la glucogénesis, en la oxidación y síntesis de los ácidos grasos, y en la síntesis de la esfingosina, los esteroles, las hormonas esteroides, la acetilcolina y las porfirinas.

Fuentes alimenticias

Son vísceras el hígado y riñón, carne, leche, huevos, levaduras, coliflor, brócoli, papas, col, tomates y salmón.

Deficiencia

Dada su amplia participación en el metabolismo y su amplia distribución en la naturaleza del ácido pantoténico, la carencia en el humano es rara, pero experimentalmente produce transtornos cardiovasculares y gastrointestinales, además de fatiga, cefalalgia, alteraciones del sueño, náusea y parestesia en las extremidades. No han sido reportados efectos adversos por la ingestión de grandes dosis de vitamina.

Exceso

Las dosis masivas administradas al ser humano han producido únicamente malestar intestinal leve y diarrea.

Formula

120

Requerimiento diario

La recomendación diaria de ingesta es de 4 a 7 mg/día.

Edad(años) RDA(mg)

Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

23

Niños

1-34-67-1011+

33-44-54-7

Adultos

Hombres y mujeres todas las edades

4-7

5- PIRIDOXINA(B6)

Constituye un complejo de tres compuestos químicos estrechamente relacionados entre si, piridoxina, piridoxal y piridoxina, todos los cuales poseen actividad fisiológica La necesidad y funciones de vitamina B6 han sido demostradas, tanto si se trata del adulto como del niño. Así la destrucción accidental de este factor en un compuesto lácteo artificial para la alimentación infantil determina la aparición de numerosos casos de irritabilidad nerviosa y convulsiones. El restablecimiento se produce, no obstante, gracias a la administración de esta vitamina, hecho que ha venido a corroborar concluyentemente la impresión de que los síntomas observados se deben a su ausencia. Es una vitamina hidrosoluble que forma parte de las vitaminas del complejo B. Sus formas biológicamente son el fosfato de piridoxal y el de piridoxina.

Función

La vitamina B6 desempeña un papel importante en la síntesis de los anticuerpos por medio del sistema inmunológico, los cuales son necesarios para combatir muchas enfermedades. Esta vitamina ayuda a mantener la función normal del cerebro y actúa también en la formación de glóbulos rojos. Asimismo, la vitamina B6 se requiere en las reacciones químicas necesarias

121

para digerir las proteínas y por lo tanto, cuanto mayor sea el consumo de proteínas, mayor será la necesidad de vitamina B6.-Su forma activa, el piridoxal fosfato, actúa como coenzima de las enzimas transferasas implicadas en el metabolismo (transaminaciones) de los aminoácidos. Muchas de estas acciones están encaminadas a la síntesis de neurotransmisores.

Fuentes alimenticias

La vitamina B6 se encuentra en los fríjoles, las nueces, las legumbres, los huevos, la carne, el pescado, los granos integrales, al igual que en los panes y cereales enriquecidos.

Efectos secundarios

La vitamina B6 en grandes dosis puede causar trastornos neurológicos e insensibilidad.La deficiencia de esta vitamina puede ocasionar úlceras en la boca y la lengua, al igual que irritabilidad, confusión y depresión.-Anemia, depresión, convulsiones, fatiga, inflamación de los nervios periféricos, alteraciones de la piel

Deficiencia

Los síntomas de deficiencia, se pueden dividir en:

Efectos en la piel: En el transcurso de algunas semanas de alimentación con una dieta con bajo contenido de complejo B, más dosis diarias del antagonista de vitamina 4-desoxipiridoxina, es posible que se produzcan lesiones cutáneas parecidas a la seborrea alrededor de ojos, nariz y boca, acompañadas de glositis y estomatitis. Las lesiones desaparecen con rapidez luego de la administración de piridoxina, pero no muestran respuesta a otros miembros del complejo B.

Efectos en el sistema nervioso: Pueden sobrevenir crisis convulsivas cuando se conserva a seres humanos bajo una dieta con deficiencia de piridoxina, y es posible evitar esas convulsiones mediante la vitamina. La inducción de crisis convulsivas por deficiencia de piridoxina puede depender de una concentración disminuida de ácido g-aminobutírico; la glutamato descarboxilasa, enzima que requiere fosfato de piridoxal, sintetiza este neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central. Además, la deficiencia de piridoxina genera cifras disminuidas de los neurotransmisores noradrenalina y 5-hidroxitriptamina. En algunos enfermos, una neuritis periférica relacionada con inflamación de la membrana sinovial del carpo e hipersensibilidad de la misma (síndrome del túnel carpiano), se ha atribuido a deficiencia de piridoxina, aunque no se han confirmado afirmaciones más tempranas de que la piridoxina a dosis altas revierte dicho síndrome.

Eritropoyesis: Aun cuando la deficiencia de piridoxina en la dieta de seres humanos rara vez puede causar anemia, la anemia habitual con

122

capacidad de reacción a la piridoxina al parecer no depende de aporte inadecuado de esta vitamina, según se juzga por estándares de lo normal.

Requerimientos diarios

Necesidades diarias: 1.8 a 2.2 mgEl requerimiento de vitamina aumenta conforme se eleva la ingesta de proteínas.

Edad (años) RDA(mg)Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

0.30.6

Niños

1-34-67-10

1.01.11.4

Hombres

11-1415-1819-2425-5051+

1.72.02.02.02.0

Mujeres

11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6mesesSegundos 6 meses

1.41.51.61.61.62.2

2.12.1

123

Formula

6- BIOTINA (B8)

La biotina es un ácido monocarboxílico, estable al calor, soluble en agua y alcohol y susceptible a la oxidación. La flora intestinal es capaz de sintetizar una cantidad considerable de biotina. La eliminación fecal y urinaria, mucho más elevada que la ingesta dietética, indica la magnitud de síntesis por parte de la microflora.

Función

- Forma parte de enzimas que actúan en el metabolismo de la glucosa, ácidos grasos, aminoácidos y purinas- Es Esencial para la síntesis y degradación de grasas y la degradación de ciertos aminoácidos. - Alivia dolores musculares, el eczema y la dermatitis. -También ayuda a combatir la depresión y la somnolencia.

Fuentes alimenticias

La biotina se encuentra ampliamente distribuida en los alimentos y las fuentes adecuadas son riñones, hígado, yema de huevo algunos vegetales (hongos, coliflor, chaucha) y frutas (banana, uva, sandía y fresas), maní y levadura. Una cantidad considerable se sintetiza por bacterias intestinales y se absorbe.

Deficiencia

Se ha visto déficit de Biotina en pacientes que reciben alimentación parenteral total durante varios años. Los síntomas provocan el deterioro de las funciones metabólicas descriptas, eczema, dermatitis seca y descamativa, palidez, náuseas, vómitos, anorexia, gran fatiga y depresión.No es habitual la deficiencia en una dieta equilibrada, aunque se incrementa el riesgo de carencia en el caso de tratamientos de larga duración con antibióticos.En seres humanos, los signos y síntomas de deficiencia incluyen dermatitis, glositis atrófica, hiperestesia, dolor muscular, laxitud, anorexia, anemia leve y cambios en el electrocardiograma.

124

Requerimiento diario

Una ingesta segura y adecuada de esta vitamina es de 30 a 100 g diarios.

Formula

Edad(años) RDA(mg)Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

1015

Niños1-34-67-1011+

20253030-100

AdultosHombres y mujeres todas las edades

30-100

Edad(años) RDA(mg)Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

1015

Niños1-34-67-1011+

20253030-100

AdultosHombres y mujeres todas las edades

30-100

125

7- ACIDO FOLICO O FOLATOS

El organismo transforma el ácido fólico a una forma biológicamente activa llamada ácido folínico. Actúan como coenzimas en el transporte de fragmentos simples de carbono en el metabolismo de los aa. y de la síntesis de ácidos nucleicos.El ácido fólico es una vitamina del complejo B que, cuando se ingiere antes y durante las primeras semanas del embarazo, puede ayudar a prevenir ciertos defectos de nacimiento del cerebro y la médula espinal denominados defectos del tubo neural.

Función

El ácido fólico trabaja junto con la vitamina B-12 y la vitamina C para ayudar al cuerpo a digerir y utilizar las proteínas y sintetizar las proteínas nuevas cuando se necesiten. Es necesario en la producción de glóbulos rojos y en la síntesis del ADN (que controla los factores hereditarios y se utiliza para guiar la célula en sus actividades diarias).El ácido fólico también colabora con la función celular y en el crecimiento de los tejidos. Además, ayuda a incrementar el apetito cuando es necesario y estimula la formación de ácidos digestivos.Los suplementos sintéticos de ácido fólico se pueden utilizar en el tratamiento de trastornos asociados con su deficiencia y también pueden formar parte del tratamiento recomendado para ciertos problemas menstruales y úlceras en las piernas.

Fuentes alimenticias

Granos y legumbres Frutas y jugos de cítricos Salvado de trigo y otros granos integrales Hortalizas de hojas verdes Carne de ave, de cerdo, mariscos Hígado

Deficiencia

Efectos secundarios  La deficiencia de ácido fólico puede causar retraso en el crecimiento, encanecimiento del cabello, inflamación de la lengua (glositis), úlceras bucales, úlcera péptica y diarrea. También puede llevar a ciertos tipos de anemias.Por lo general, no se presenta toxicidad con el consumo de cantidades excesivas de ácido fólico, ya que éste es

hidrosoluble y el cuerpo lo excreta con regularidad. En dosis superiores a los 5,000 microgramos el ácido fólico puede causar naúseas, pérdida de apetito o

126

diarreas. Las personas que padecen de epilepsia no deben ingerir dosis mayores a los 4,000 microgramos ya que existe la posibilidad de que pudiese provocar un aumento en la actividad convulsiva.

Ulceras Bucales

Son úlceras o lesiones abiertas en la boca causadas por diversos trastornos.

Síntomas Dolor y molestia en la boca Presencia de llagas abiertas en la boca

La aparición y localización exacta de las lesiones varía según la enfermedad específica.

Requerimientos diarios

La dosis diaria recomendada es de 400 microgramos diariamente, aunque en el tratamiento de algunas condiciones se emplean hasta 1000 microgramos.

Edad(años) RDA(mg)

Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

2535

Niños

1-34-67-10

5075100

Hombres

11-1415-1819-2425-5051+

150200200200200

Mujeres11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6mesesSegundos 6 meses

150180180180180400

280260

127

Formula

8- COBALAMINA (B12)

Desde que fuera descubierto que el hígado resultaba sumamente eficaz en el tratamiento de la anemia perniciosa, los investigadores no han cesado en sus esfuerzos por descubrir el principio activo o factor extrínseco presumiblemente en este órgano. Al principio pareció que el ácido fólico era la respuesta, pero posteriormente se reveló inoperante para la remisión de algunos síntomas que de aquella enfermedad.Por fin en el año de 1948 fue aislada del hígado una substancia más activa, la llamada vitamina B12, Efectiva en cantidades del orden del microorganismo en el tratamiento de la anemia perniciosa y de otros tipos de anemias macrocíticas. Esta vitamina es pues probablemente identica al factor extrínseco de Castle. Su actividad oral se ve potenciada por el factor intrínseco normalmente presente en el jugo gástrico, como era así mismo el caso con respecto al principio activo de los extractos hepáticos. Este factor intrínseco es esencial para la absorción de la vitamina B12.Participa en el metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteínas; mejora la formación y regeneración de los glóbulos rojos previniendo la anemia; ayuda a mantener sano el sistema nervioso; estimula el crecimiento de los niños; aumenta la energía; ayuda en la absorción del calcio y participa en la producción del material genético en el interior de las células.

Función

Acción fisiológica

-Interviene en la síntesis de ADN, ARN y proteínas.-Actúa en la formación de glóbulos rojos.-Participa en el mantenimiento de la vaina de mielina de las células nerviosas y en la síntesis de neurotransmisores.-Es necesaria para la movilización (oxidación) de las grasas y para mantener la reserva energética de los músculos.

128

Fuentes naturales

Yema de huevo, levadura, carne de carnero, productos lácteos, salmón, vísceras, pescado, chancho, polen y germen de trigo, algas marinas, champiñones, entre otros.

Deficiencia

Reducción de la percepción sensorial, debilidad en brazos y piernas, y problemas para caminar y hablar. Asimismo, olores corporales desagradables, nerviosismo e irregularidad en la menstruación.-Escasez y anormalidad en la formación de glóbulos rojos (Anemia perniciosa).-Psicosis, degeneración nerviosa, desarreglos menstruales, úlceras en la lengua y excesiva pigmentación en las manos (sólo afecta a las personas de color).

Anemia macrocitica (perniciosa).La anemia es la disminución del número de glóbulos rojos de la sangre, que puede ser causada por una deficiencia de vitamina B12.

Síntomas Pérdida del apetito Diarrea Entumecimiento y hormigueo de manos y pies Palidez Dificultad respiratoria Fatiga Debilidad Úlceras en la boca y en la lengua Confusión o cambios en el estado mental en casos severos o avanzados

129

Requerimiento diario

Los requerimientos mínimos de vitamina B12, son de 2 µg para el adulto. Durante la gestación y la lactancia las necesidades aumentan en unos 2,2-2,6 µg.

Edad(años) RDA(mg)Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

0.30.5

Niños1-34-67-10

0.71.01.4

Hombres11-1415-1819-2425-5051+

2.02.02.02.02.0

Mujeres11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6mesesSegundos 6 meses

2.02.02.02.02.02.2

2.62.6

130

Formula

9- ACIDO ASCORBICO (VITAMINA C)

Es una vitamina hidrosoluble necesaria para el crecimiento y desarrollo normales.Es un antiescorbuto. Es un material blanco, cristalino e hidrosoluble que es estable en forma pulverizada. Se oxida con facilidad cuando esta en solucion, en especial al exponerse al calor. La oxidación puede acelerarse por la presencia de cobre o hierro y por el PH alcalino.

Función

La vitamina C ayuda al desarrollo de dientes y encías sanos, a la absorción del hierro y al mantenimiento del tejido conectivo normal, así como también a la cicatrización de heridas. Igualmente, ayuda al sistema inmunológico del cuerpo. Es necesario en las hidroxilaciones de la prolina y la lisina, en la degradación de la tirosina, en la síntesis de adrenalina a partir de tirosina, en la formación de ácidos biliares, en la absorción del hierro y en la síntesis de colágena. Además el ácido ascórbico puede reaccionar con radicales libres por lo que se vuelve un antioxidante hidrosoluble que conserva numeroso factores metálicos en el estado reducido.

Fuentes alimenticias

La vitamina C se encuentra en el pimentón verde, frutas y jugos de cítricos, la fresa, el tomate, el brócoli, los nabos y otras verduras, la papa blanca y el camote o batata y el melón. La mayoría de las otras frutas y hortalizas, al igual que el pescado y la leche, contienen pequeñas cantidades de vitamina C.

131

Deficiencia

Efectos secundariosLa deficiencia de vitamina C causa escorbuto, una enfermedad muy rara en los Estados Unidos. una deficiencia de consumo de vitamina C puede generar escorbuto. Se encuentran casos de este último entre ancianos que viven

solos, alcohólicos, drogodependientes, y otros con dietas inadecuadas, incluso lactantes. En casos espontáneos de escorbuto, por lo general hay aflojamiento de los dientes, gingivitis y anemia, que pueden deberse a una función específica del ácido ascórbico en la síntesis de hemoglobina. El cuadro del escorbuto espontáneo en la práctica clínica a menudo también se complica por deficiencia de otros nutrientes.Normalmente, no se presenta toxicidad debido a que la vitamina C es hidrosoluble y el cuerpo la excreta regularmente. Sin embargo, estudios recientes han mostrado que las dosis excesivas de vitamina C (muchas veces más de la cantidad recomendada) pueden llevar a que se presente toxicidad.Las manifestaciones más comunes de toxicidad por vitamina C son cálculos renales y en muy raras circunstancias anemia, causada por la interferencia con la absorción de la vitamina B12.También es posible que se presente diarrea, aunque ésta no es un síntoma muy común asociado con el incremento masivo en la ingesta de esta vitamina.Los leucocitos en adultos saludable tienen concentraciones de aproximadamente 27 mg de ácido ascórbico por 108 células.

Formula

132

Requerimiento diario

La ingestión adecuada se relaciona con cifras de más de 0.5 mg/dl (28 mM).La ingestión diaria de 5 a 10 mg proporciona una reserva corporal total de 600 a 1.000 mg de ascorbato. Cuando se consumen 60 mg/día de vitamina C (la RDA actual para adultos), la concentración plasmática alcanza unos 0.8 mg/dl (45 mM), y las reservas corporales totales son de aproximadamente 1.500 mg. si el consumo se aumenta más allá de 200 mg/día, las reservas corporales tienden a nivelarse a 2.500 mg, y las cifras plasmáticas a 2 mg/dl (110 mM). el umbral renal para el ácido ascórbico es de alrededor de 1.5 mg/dl de plasma (85 mM), y cuando la ingestión diaria excede de 100 mg, se excretan cantidades cada vez mayores del ácido ascórbico ingerido.

Edad (años) RDA(mg)

Lactantes

0.0-0.50.5-1.0

3035

Niños

1-34-67-10

404545

Hombres

11-1415-1819-2425-5051+

5060606060

Mujeres

11-1415-1819-2425-5051+EmbarazoLactanciaPrimeros 6mesesSegundos 6 meses

506060606070

9590

133

RESUMEN DE INFORMACION DE VITAMINAS

Nombre RDA Fuentes Estabilidad ComentariosPiridoxina(B6) 1.8-2.2 mg. Cerdo, vísceras

glandulares sal-vado y germen de cereales, le-che, yema de huevo harina de avena, y legumi-nosas. Se sinte-tiza por bacterias intestinales

En el calor, la luz y la oxidación.

Como una coenzima, ayuda En la síntesis y metabolismo delos aa. Síntesis de ácidos grasos insaturados a partir de ácidos grasos esen-ciales

Folatos (ácidoFolico)

400g. Verduras de hojaVerde, vísceras (hígado) carnes magra, trigo, huevos, pesca-dos, frijoles secos, lentejas, garbanzos, espá-rrago, brócoli, berza, levadura. Se sintetiza en el tracto intestinal.

A la luz del sol cuando se encuentra en solución; inestable el calor en medios ácidos

Para la biosíntesis de ácidos nucleicos. Esencial para la maduración normal de eritrocitos. Actúa como una coenzima: ácido tetrahidrofólico

Cobalamina (B12)

3g. Hígado, riñon, leche y alimentos lácteos, carne, huevos. Los “vegan” requieren suplementos.

Se destruye lentamente por ácidos, alcalinos, luz y oxidación.

Participa en el metabolismo de fragmentos de un solo carbono. Esencial para la biosíntesis de ácidos nucleicos y núcleoproteí-nas. Participa en el metabolismo del tejido nervio-so. Colabora en el metabolismo de folatos. Se re-laciona con el crecimiento.

134

Ácido Pantoténico (B5)

4-7g Huevos, riñón hígado, salmón y levaduras, presentes en todas las plantas y alimentos de origen animal

Inestables en ácidos alcalinos, calor y algunas sales.

Como parte de coenzima A, actúa en la síntesis y metabolismo de muchos compuestos corporales vitales. Esencial en el metabolismo intermedio de carbohidratos, grasas y proteínas.

Biotina(B8) 30-100g Hígado, hongos, cacahuates, levadura, leche, carne, yema de huevo, la mayoría de las levaduras, plátano, toronja, jitomáte, sandía y fresas.

Estable Componente esencial de enzimas. Participa en la síntesis y metabolismo de ácidos grasos a través de agregar y eliminar CO2 hacia y desde compuestos activos y eliminación de NH2 de los aminoácidos.

Vitamina C (ácido ascórbico)

60g Acerola, frutas cítricas, jitomate, melón, pimiento, hortaliza, col cruda, guayaba, fresas, piña, papas, kiwi

Inestable en calor, alcalinos y oxidación excepto ácidos. Se destruye por el alamacenamiento

Mantienen la substancia del cemento intracelular conservando la integridad capilar.

Cosubstrato en hidroxilaciones que requieren oxígeno molecular. Importante en las respuestas inmunológicas, cicatrización de heridas.

135

VITAMINAS LIPOSOLUBLES

Cada una de las vitaminas liposolubles, A, D, E y K tienen una función distinta y separada la mayor parte de ellas se absorben con otros lípidos y la absorción eficiente Requiere la presencia de bilis y jugo pancreático se trasportan al hígado vía la linfa como una parte de las lipoproteínas y se almacenan en diversos tejidos corporales, aunque no todas en el mismo tejido o en la misma cantidad. Normalmente no se excretan en la orina.

10- VITAMINA A (RETINOL)

Fue la primera vitamina liposoluble que se identifico en 1913.Vitamina A es el término genérico que se utiliza para describir a todos los retinoles que tienen actividad biológica.La vitamina A, un alcohol cristalino amarillo claro es llamada retinol en referencia a su función específica en la retina ocular.La vitamina A natural se presenta en la horma de esteres retinilos de cadena larga.Las formas metabolitamente activas de la vitamina incluyen la forma aldehído (retinal) y la horma ácido (ácido retinoico). Los carotenoides provitaminicos amarillo-naranja-rojo, que el cuerpo convierte a vitamina A con diversos grados de eficacia el -caroteno que es el más activo, carotenos se conocen alrededor de 30 paro solo tres tienen características para formar la vitamina estos son los carotenos alfa (), beta (), gamma () el mas importante de ellos el beta.

Función

La vitamina a tiene funciones esenciales en la visión, el crecimiento, el desarrollo óseo, y el mantenimiento del tejido epitelial los procesos inmunológicos y la reproducción normal.Es un componente de los pigmentos y como tal es esencial para la integridad de la fotorrecepción en los bastones y conos de la retina.La vitamina A es necesaria para el crecimiento y el desarrollo del esqueleto y los tejidos blandos mediante su efecto en la síntesis de proteínas y la diferenciación celular ósea. Es necesaria para el desarrollo óseo normal y para las células epiteliales que forman el esmalte en el desarrollo de los dientes. La vitamina es importante en el mantenimiento de las estructuras epiteliales normales es necesaria en la diferenciación de las células básales dentro de las células mucosas epiteliales.

Fuentes alimenticias

La vitamina A preformada se presenta únicamente en alimentos de origen animal, o en las áreas de depósito como el hígado o en relación con las grasas de l a leche y los huevos.Los carotenos se encuentran en vegetales de color verde oscuro, vegetales de hojas y vegetales de color amarillo-naranja, y en la fruta.

136

Los colores intensos en estos vegetales y frutas se relacionan con niveles más elevados de provitamina.La vitamina A se encuentra en niveles terapéuticos en el aceite de hígado de bacalao y de mero.Los carotenoides suministran la mayoría de la vitamina A en el mundo. Las zanahorias, sopas de vegetales hortalizas, espinacas, ensaladas de verduras, jugo de naranja, papas, dulces, res estofada, mezcla de vegetales y los melones constituyen las 10 fuentes más importantes de provitamina A.La vitamina A es relativamente estable al calor y la luz, sin embargo, se destruye por oxidación. Mejora su biodisponibilidad por la presencia de la vitamina E y otros antioxidantes.La cocción incrementa la biodiponibilidad de los carotenoides; sin embargo disminuyen con la sobre cocción de manera dramática. Así mismo, se ha mostrado que la deshidratación reduce el caroteno en la zanahoria, el brócoli y la espinaca.

Deficiencia

Se sabe que la deficiencia de vitamina A aumenta la frecuencia, gravedad y mortalidad de todas las enfermedades infecciosas.La deficiencia de vitamina A se acompaña de queratización de las membranas mucosas que revisten las vías respiratorias, las vías digestivas y las vías urinarias, así

como de queratización de la piel corporal y el epitelio ocular, esto disminuye la función de barrera de que tienen estas membranas para proteger al cuerpo de contra las infecciones.

La deficiencia prolongada de vitamina A puede producir cambios de, ceguera nocturna y ulceraciones de la cornea.En estados de deficiencia extrema se afectan las membranas mucosas de la s vías respiratorias de gastrointestinales y genito –urinarias. Otros síntomas de la deficiencia de la vitamina A son: perdida de apetito, inhibición del crecimiento, anormalidades esqueléticas, queratinización de las papilas gustativas y pérdida del sentido del gusto.

Las deficiencias primarias de vitamina A son el resultado de dietas inadecuadas.

Las deficiencias secundarias pueden resultar de enfermedades del hígado, desnutrición de proteínas energéticas, abetalipoproteinemia o mala absorción por insuficiencia de ácidos biliares

137

Toxicidad

Se ha informado que los niveles más tempranos de toxicidad de la vitamina A ocurren en personas con compromiso de la función hepática, por fármacos, hepatitis, o desnutrición de proteínas energéticas; los niños y las embarazadas son especialmente vulnerables.El exceso de retinol causa cambios en las membranas biológicas cuando la cantidad de ingesta excede la capacidad de captación del RBP.La hipervitaminosis A aguda puede inducirse mediante dosis únicas de retinol superiores a los 200 mg (660000 UI) en adultos y 100mg (330000 UI). Los síntomas incluyen nausea, vomito, fatiga, desmayos, migraña y anorexia, es posible ver abombamiento de las fontanelas en los lactantes.

La hipervitaminosis A crónica que por lo general refleja el mal uso de los suplementos, puede seguir a la ingesta repetida de vitamina A en cantidades de cuando menos 10 veces los RDA. La respuesta del exceso crónico en una persona es muy variable los síntomas desaparecen es semanas o meses cuando los suplementos se suspenden.

Accutane un fármaco que se relaciona con la vitamina A que se desarrollo para tratar el acne quístico grave es un teratógeno conocido.La incapacidad para diagnosticar un embarazo antes de utilizarlo ha resultado en recién nacida con defectos graves al nacimiento.

Él -caroteno no es carcinogénico, mutágeno o teratógeno, el jugo de zanahoria y el jugo de tomate son ricos en -carotenos pueden consumirse en enormes cantidades sin daño excepto para la frecuente y alarmante característica de adquisición de un color amarillento en la piel que sigue al deposito de los carotenos en los tejidos, que cuando se suspende el exceso de ingesta, normalmente la piel se aclara en poco tiempo.

138

Requerimiento diario

La RDA para la vitamina A, expresados en microgramos (g) de retinol o equivalentes de retinol (RE).Los requerimientos en los lactantes se basan en la cantidad de retinol en la leche humana.Los requerimientos para los adultos se basan en los niveles que proporcionan los niveles sanguíneos adecuados y los depósitos hepáticos.El incremento de las cantidades de las mujeres durante el embarazo y la lactancia proporcionan la cantidad suficiente para el deposito fetal y la vitamina A en l a leche materna. Los requerimientos mínimos para los adultos con el fin de mantener una concentración adecuada en la sangre y evitar los síntomas de la deficiencia son de 500 a 600 g de retinol, o el doble con -caroteno.

REQUERIMIENTOS DIETETICOS RECOMENDADOS DE VITAMINA ALACTANTESEDAD (AÑOS) RDA(en g ER )0.0-0.5 3750.5-1.0 375NIÑOS1-3 4004-6 5007-10 700HOMBRES11-14 100015-18 100019-24 100025-50 100051 + 1000MUJERES11-14 80015-18 80019-24 80025-50 80051 + 800EMBARAZO 800LACTANCIAPRIMEROS SEIS MESESSEGUNDOS SEIS MESES

1300

1200

139

Vía por la cual la vitamina A llega a la célula.

Formula

140

11-VITAMINA D (CALCIFEROL).

Reconocida por McCollum como el componente del aceite de hígado de bacalao que cura el raquitismo, hasta el descubrimiento de Deluca casi 50 años después de que la forma metabolicamente activa requiere sintetizarse en el riñón. Los precursores de la vitamina D están presentes en las fracciones del esterol de los tejidos de animales y plantas en la forma de 7-dehidrocolesterol y el ergosterol respectivamente, requieren radiación ultravioleta para convertirse en la forma provitamina ( D3 (COLECALCIFEROL) Y D2) y ambas provitaminas requieren la conversión en la piel para la forma metabolicamente activa. La vitamina D se denomina mejor como una prohormona en lugar de vitamina en vista que no necesita suministrarse de una fuente externa al cuerpo. Las formas metabolicamente activas, el calcitrol y ercalcitrol se producen en el riñón y funcionan como hormonas, siendo el intestino y los huesos los órganos blancos.

Absorción transporte y almacenamiento

La vitamina D sé ingerida absorbe a partir de l intestino junto con los lípidos, con ayuda de la bilis la vitamina D de la piel se absorbe de la piel o del intestino se une a la proteína captadora de vitamina D plasmática para transportarla a los sitios de deposito en el hígado piel, cerebro, huesos y probablemente otros tejidos.

Metabolismo

La vitamina D (colecalciferol) se forma en la piel por la acción de los rayos ultravioleta en la luz solar sobre el 7-dehidrocolesterol. La luz solar tambien convierte la vitamina D a un compuesto inerte.La vitamina D3 se convierte en el hígado al metabolito biologicament5e activo, 25-hidroxicolecalciferol que es cinco veces más potente que la vitamina D3. La forma mas activa de la vitamina D el calcitrol o 1.25-dehidroxicolecalciferol se produce en los riñones. Aumenta la captación de calcio y de fosfato al actuar

141

en el intestino aumentando su absorción y en los huesos al incrementar su movilización. La hormona paratiroidea (PHT) que se libera en respuesta a la disminución del calcio serico parece ser el mediador que estimula la producción del 1.25-dehidroxicolecalciferol por el riñón.Función.La vitamina D participa en la inmunidad, la reproducción, la secreción de insulina y la diferenciación de queratocitos. El calcitrol favorece la absorción intestinal de activa de calcio que requiere energía mediante la estimulación de la síntesis de la proteína captadora de calcio en el borde en cepillo de la mucosa intestinal.La vitamina D estimula el sistema de transporte activo del fosfato en el intestino .junto con la hormona paratiroidea, moviliza el calcio desde el hueso e incrementa la reabsorción tubular renal del calcio y fosfato.

Fuentes alimenticias

La vitamina D se encuentra en forma natural en los alimentos de origen animal en la forma de colecalciferol en pequeñas cantidades y muy variables en mantequilla, crema, yema de huevo e hígado.Las mejores fuentes alimentarias son los aceites de hígado de pescado. La leche materna y la leche de vaca son fuentes pobres de la vitamina. La vitamina D es notablemente estable y no se deteriora c7uando se calientan los alimentos o se almacenan por periodos largos.

Deficiencia

La deficiencia de la vitamina D se manifiesta como raquitismo en los niños y como osteomalacia en los adultos y en los adultos puede contribuir al desarrollo de la osteoporosis.RAQUITISMO.- la vitamina D es especifica para la prevención y la curación del raquitismo (enfermedad relacionada con la malformación de los huesos debido

a una mineralización deficiente de la matriz orgánica).Los huesos raquíticos no pueden sostener el peso y tensión ordinaria, que resulta en un aspecto de piernas arqueadas rodillas confluentes, tórax en quilla y protuberancia frontal del cráneo.El raquitismo rara vez se cura por completo y la estatura se mantiene baja en estos individuos.

La incapacidad para absorber calcio debido a la deficiencia de vitamina D disminuye el umbral renal para el fosfato resultando que grandes cantidades de fosfato se excretan para mantener un balance adecuado entre el calcio y el fósforo en la sangre.Las victimas tradicionales del raquitismo son los niños pobres en ciudades industrializadas donde la exposición al sol es limitada.

142

Los niños negros están en mayor riesgo de deficiencia de la vitamina D que los niños blancos debido a que el pigmento de la piel evita que el 7-dehidrocolesterol este accesible a la radiación. Síntomas.- los primeros síntomas visibles del raquitismo son sudor profuso e inquietud, además en los lactantes mientras están dormidos mueven su cabeza de un lado a otro y frotan su cabello.Los niños no llegan a estar delgados o emaciados y con frecuencia los padres no reconocen los síntomas del raquitismo sino hasta que los niños empiezan a caminar.Para prevenir el raquitismo en el recién nacido, es importante iniciar una administración apropiada de vitamina D al inicio del periodo de crecimiento y durante el resto de este.

OSTEOMALACIA.- la deficiencia de la vitamina D en la etapa adulta produce osteomalacia, una condición que se caracteriza por un debilitamiento excesivo de los huesos lo cual lleva a deformidades en especial de las extremidades, columna vertebral, el tórax y la pelvis .La osteomalacia se confunde con la osteoporosis. Los síntomas típicos son dolor de tipo reumático y debilidad generalizada, se ocasionalmente en varones, con mayor frecuencia se observa en mujeres en edad reproductiva y dieta inadecuada o en mujeres que se visten con de ropa con poca exposición al sol

Toxicidad

La hipervitaminosis D causa cambios patológicos estos cambios consecuencia de la hipercalcemia son la calcificación excesiva ósea y de los tejidos blandos como el riñón (incluyendo cálculos renales), pulmones, así como la membrana timpánica, que puede producir sordera .es frecuente la presencia del dolor de cabeza y nauseas. Los lactantes a los que se les dan cantidades excesivas de vitamina D pueden tener trastornos gastrointestinales, fragilidad de los huesos retardo en el crecimiento y retardo mental.

Requerimientos diarios

Auque 2.5 g de vitamina D diarios son suficientes para prevenir el raquitismo, niveles mas elevados se prescriben para los lactantes y durante todo el periodo de desarrollo esquelético con base en la cantidades que favorecen un crecimiento optimo los niños nacen con suficiente vitamina D para que dure 9 meses después de los cuales deben prescribirse los suplementos para prevenir el raquitismo.

143

El aumento de los requerimientos durante el embarazo y la lactancia reflejan las demandas del crecimiento fetal y el contenido del calcio de la leche materna.

Formula

REQUERIMIENTOS DIETÉTICOS RECOMENDADOS DE VITAMINA DLACTANTESEDAD (AÑOS) RDA(en g

colecalciferol)0.0-0.5 7.50.5-1.0 10NIÑOS1-3 104-6 107-10 10HOMBRES11-14 1015-18 1019-24 1025-50 551 + 5MUJERES11-14 1015-18 1019-24 1025-50 551 + 5EMBARAZO 10LACTANCIAPRIMEROS SEIS MESESSEGUNDOS SEIS MESES

1010

144

12-VITAMINA E (TOCOFEROL)

La vitamina E se descubrió en 1922 que se aisló de aceite vegetales una fracción químicamente pura se descubrió en 1938 y se denomino tocoferol, que se forma de las palabras griegas que significa tokos que significa nacimiento, y phero que significa producir o dar a luz.

Metabolismo

La actividad de la vitamina E en los alimentos esta constituida por los tocoferoles – alfa, beta, gamma, delta y por los tocotrienoles. Su característica química más importante es su propiedad antioxidante la vitamina e es bastante estable al calor y los ácidos e inestable a los alcalinos, luz ultravioleta, y oxigeno. Se destruye cuado se pone en contacto con grasas rancias plomo y hierro.Debido a que son insolubles en agua no hay pérdida por la extracción en el cocimiento; sin embargo, la congelación y la fritura profunda en grasa destruyen la mayoría del tocoferol presente.La absorción de la vitamina E es relativamente ineficaz, con un rango que varia entre un 20 y un 80 % se almacena en el hígado y en mayor grado en los tejidos grasos.

Función

La vitamina E actúa en los alimentos la peroxidación de los ácidos grasos poliinsaturados (AGPI) a nivel del intestino, favorece la actividad de la vitamina A al prevenir su oxidación en el tracto intestinal. La capacidad de la vitamina E para evitar tal destrucción permite sugerir que a la larga puede ser útil para prevenir condiciones que se relacionan con la destrucción de radicales libres, como son el envejecimiento, efectos de toxinas ambientales y el desencadenamiento de algunas formas de carcinogénesis.La gran relación que se reconoce entre la vitamina E y el selenio parece reflejar la presencia de otros sistemas antioxidantes.Las propiedades antioxidantes de la vitamina E pueden ser las responsables de la curación de una dermatitis crónica resistente de la mano.

Fuentes alimenticias

La vitamina E de distribuye ampliamente en los alimentos de uso común los aceites de semillas, en particular el aceite de germen de trigo, constituyen la fuente mas rica también n menor cantidad se encuentran en frutas, verduras, y en grasas animales. El cacahuate, las aceitunas, el coco, y los aceites de pescado son fuentes pobres de esta vitamina.

145

Deficiencia

Debido a la amplia disponibilidad dietética de la vitamina E es poco frecuente su deficiencia se relaciona con mala absorción o anormalidades del transporte de lípidos.Los recién nacidos tienen concentraciones bajas de vitamina E debido a que hay poca transferencia a través de la placenta. La cantidad de vitamina E en la leche humana en apariencia es suficiente para satisfacer los requerimientos del lactante. La deficiencia de vitamina E se relaciona con síntomas de neuropatía periférica.

Toxicidad

La toxicidad del complemento de vitamina E es baja inclusive a niveles relativamente elevados sin embargo la conocida toxicidad de la vitaminas liposolubles A y K sugieren tener cuidado con respecto a las megadosis de vitamina E a largo plazo.

Formula

146

Requerimiento diario

El requerimiento de vitamina E depende de la cantidad de AGPI consumido debido a que esto varia considerablemente en los individuos.

REQUERIMIENTOS DIETÉTICOS RECOMENDADOS DE VITAMINA ELACTANTESEDAD (AÑOS) RDA(en mg de

alfa tocoferol)0.0-0.5 30.5-1.0 4NIÑOS1-3 64-6 77-10 7HOMBRES11-14 1015-18 1019-24 1025-50 1051 + 10MUJERES11-14 815-18 819-24 825-50 851 + 8EMBARAZO 10LACTANCIAPRIMEROS SEIS MESESSEGUNDOS SEIS MESES

1211

147

13-VITAMINA K

El factor antihemorrágico se denomino vitamina K o vitamina de la coagulación. La vitamina se aisló y se sintetizo en 1939.

Propiedades físicas y químicas

La vitamina K existe cuando menos en tres formas perteneciendo todas a un grupo de compuestos químicos conocidos como quinonas .las formas que se presentan naturalmente son la vitamina K1 (filoquinona), que se presenta en las plantas verdes y la vitamina K2(menaquinona),que se forma como resultado de la acción bacteriana en el tracto intestinal. El compuesto sintético liposoluble , menadiona (vitamina K3) esta cerca del doble de la potencia biológica de las vitaminas K1 y K2 que se presentan naturalmente si se utiliza un peso equivalente, debido a que le falta la cadena lateral larga de la vitamina natural el cuerpo debe añadir la cadena lateral a la menadiona antes de que pueda funcionar como vitamina K ninguna de las formas de la vitamina K se almacena en cantidades apreciables.La vitamina K es bastante resistente al calor, no se destruye por los métodos de cocción ordinaria y debido a que la vitamina K es liposoluble no se pierde en el agua de cocimiento tienden a ser inestables en presencia de alcalinos y de luz.

Función

La vitamina K funciona en el hígado como un cofactor esencial para la carboxilasa .las proteína participante incluyen a la protrombina que es un factor de la coagulación dependiente de la vitamina (factor II) y los factores VII IX y X .

Fuentes alimenticias

La vitamina K se encuentra en grandes cantidades en vegetales verdes, en especial brócoli, repollo, nabo verde y lechuga. Otros vegetales, las frutas, cereales, productos lácteos, huevo, y carne contienen pequeñas cantidades. Una cantidad significativa se horma por la flora bacteriana de la parte inferior del intestino humano.

Deficiencia

La deficiencia de la vitamina K es rara, se relaciona con la mala absorción de lípidos o la destrucción de la flora intestinal por tratamiento antimicrobiano continuo. Enfermedades hepáticas que interfieran con la utilización de la vitamina K pueden producir una deficiencia grave.

148

Toxicidad

Las dosis excesivas de vitamina K sintetica (menadiona) han producido anemia hemolítica en animales de laboratorio y Kernicterus en el lactante.

Requerimientos diarios

Del nivel recomendado de 1g/Kg. de peso corporal, se asume que la mitad se suministra por la síntesis intestinal y el resto por la dieta.

REQUERIMIENTOS DIETÉTICOS RECOMENDADOS DE VITAMINA KLACTANTESEDAD (AÑOS) RDA(en g )0.0-0.5 50.5-1.0 10NIÑOS1-3 154-6 207-10 30HOMBRES11-14 4515-18 6519-24 7025-50 8051 + 80MUJERES11-14 4515-18 5519-24 6025-50 6551 + 65EMBARAZO 65LACTANCIAPRIMEROS SEIS MESESSEGUNDOS SEIS MESES

6565

149

Formula

150

RESUMEN DE INFORMACION DE VITAMINAS

NOMBRE RDA FUENTES ESTABILIDAD COMENTARIOSVITAMINA A (retinol, - caroteno)

4000 a 5000 UI

Higado, riñon, nata, margarina fortificada, yema de huevo , verduras de hoja amarilla y verde oscuro , albaricoque, melón y duraznos.

Estable en la luz, calor y métodos habituales de cocimiento. Se destruye por la oxidación, sequedad, temperaturas muy elevadas, luz ultravioleta.

Esencial para el crecimiento normal el desarrollo y el mantenimiento del tejido epitelial. Es esencial para la integridad de la visión nocturna. Ayuda a proporcionar el desarrollo óseo normal e influye en la formación normal de los dientes. Actúa como antioxidante. Toxica en grandes cantidades.

Vitamina D (calciferol)

400 UI Alimentos radiados Estable en el calor y la oxidación

Es una prohormona esencial para el crecimiento y desarrollo normal, desarrllo de huesos y dientes normales absorción y metabolismo de fósforo y calcio .toxica en grandes cantidades.

Vitamina E (tocoferol y tocotrienoles )

8-10 mg Germen de trigo, aceites vegetales, verduras de hojas verdes, grasa de leche, nueces.

Estable al calor y a los ácidos se destruye por grasas rancias, alcalinos, oxigeno plomo sales de hierro y radicación ultravioleta.

Fuente antioxidante evita oxidación de ácidos grasos insaturados y la vitamina A a nivel intestinal y tejidos corporales protege a los eritrocitos de la hemólisis. Actúa en la reproducción, mantenimiento del tejido epitelial y la síntesis de prostaglandinas

Vitamina K (filoquinona y menaquinona )

70-140g Hígado, aceite de soya, otros aceites vegetales, verduras de hoja verde, salvado de trigo. Se sintetiza en el tracto intestinal.

Resiste el calor, el oxigeno, y humedad se destruye por alcalinos y luz ultravioleta.

Ayuda a la producción de protrombina un compuesto que se requiere para la coagulación normal de l sangre. Toxica en grandes

151

cantidades. BIBLIOGRAFIA

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UNIDADVIQUIMICA Y METABOLISMO DE NUCLEOTIDOS

El ácido desoxirribonucleico y el ácido ribonucleico son macromoléculas catenarias que actúan en el almacenamiento y la transferencia de la información genética. Son componentes de las células y constituyen del 5 al 15% de su peso seco. Los ácidos nucleicos están presentes en los virus, complejos de proteínas y de ácido nucleico infecciosos capaces de dirigir su propia replica al infectar a una célula huésped específica.

Los nucleótidos son las unidades monómeras de los ácidos nucleicos.

1- ESTRUCTURA GENERAL DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Las unidades monómeras del DNA se denominan desoxirribonucleótidos y los del RNA se denominan ribonucleótidos. Cada nucleótido va a contener tres componentes característicos:

1. Una base nitrogenada heterocíclica derivado de la purina o pirimidina2. Una pentosa 3. Una molécula de ácido fosfórico

2- NUCLEOTIDOS DE LOS ÀCIDOS NUCLEICOS

PURINAS Y PIRIMIDINAS

Los componentes principales del DNA son cuatro desoxirribonucleótidos diferentes; difieren entre sí solo en sus bases nitrogenadas componentes de los cuales reciben su nombre. Las cuatro bases características de las unidades desoxirribonucleótidos del DNA son los derivados purínicos adenina y guanina y los derivados de la pirimidina son la citosina y timina. De modo semejante son cuatro ribonucleótidos diferentes los componentes del RNA; contiene las bases purínicas adenina y guanina, y las bases pirimidínicas citosina y uracilo. La timina que se haya presente en el DNA, pero no es habitual en el RNA, mientras que el uracilo se haya presente en el RNA y solo muy raras veces en el DNA.

153

Estos compuestos heterocíclicos poseen un carácter aromático. La purina se puede considerar como un derivado de la pirimidina, esta constituida por un anillo de pirimidina y otro de imidazol.En forma libre estas bases se encuentran solamente en cantidades mínimas en las células, generalmente como producto de la hidrólisis de enzimática de los ácidos nucleicos.

BASES NITROGENADAS DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

La estructura tridimensional precisa de las diversas purinas y pirimidinas ha sido deducida por análisis de difracción de rayos X. Las pirimidinas son moléculas planares mientras que las purinas son casi planares con un fruncido muy ligero. En la siguiente figura se mostrara las dimensiones exactas de la adenina:

Para las funciones biológicas de los ácidos nucleicos son de crucial importancia no solamente las dimensiones si no también su capacidad para formar enlaces de hidrógeno. Los grupos funcionales que intervienen en la formación de enlaces de hidrógenos son los grupos aminos de la adenina y

115°

0.134 nm

0.133 nm

0.134nm

0.144nm

0.132nm

0.128nm

0.137nm

0.134nm

127°

118°

114°

126°108°

110°

109°

N

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la guanina y la citosina, los grupos -NH- del anillo en la posición 1 de la adenina y guanina y la posición 3 de la base de la pirimidina, así como los átomos electronegativos que están situados en la posición 2 de las pirimidinas y en la posición 6 de la guanina.Las bases pirimidínicas y púricas libes son relativamente insolubles en agua. Son compuestos básicos débiles que pueden existir en dos o más formas tautomeras según su pH. Además de las bases corrientes existen otros derivados de la purina y pirimidina son llamadas bases raras o menores. Ente las pirimidinas menores encontramos la 5-metilcitosina y la 5-hidroxilmetilcitosina; entre las purinas con mayor frecuencia encontramos 6-metiladenina y la 2-metilguanina. La mayor parte de estas bases son derivados metílicos de las bases principales, pero algunas contienen grupos acetilos, isopentenilo o hidroximetilo. Las bases menores tienen importancia en los tRNA.Todas las bases de purina y pirimidina de los ácidos nucleicos tienen una absorción de luz ultravioleta de 250-280 nm. Esta propiedad es útil para el reconocimiento y determinación cuantitativa no solamente de las bases libres, sino también de los nuleósidos y nucleótidos.

PENTOSAS

Otra diferencia de composición entre estas dos clases de ácidos nucleicos, es que los desoxirribonucleótidos contienen la pentosa a la 2-desoxi-D-ribosa, esta carece de oxigeno en el C2 por eso su nombre, mientras que los ribonucleótidos contienen la D-ribosa, adoptan la forma furanosa en los nucleótidos, contiene 5 átomos de carbono y uno de oxigeno, es una molécula inestable. La numeración de los átomos de carbono en la ribosa y desoxirribosa de los nucleótidos esta representada por un apostrofe, por ejemplo 3´ es el C3.

ACIDO FOSFORICO

De manera constante el ácido fosfórico interviene en la formación de los ácidos nucleicos, la relación es 1:1:1 para el ácido fosfórico, el azúcar y la base púrica o pirimidínica. El ácido esta doblemente esterificado, por una parte para unirse con la pentosa del nucleótido y por otra para eslabonarse con otro nucleótido; deja así libre un grupo ionizable más, que da características de los ácidos nucleicos.

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ENLACES

La pentosa esta unida a la base por un enlace β-N-glucosilo establecido entre el átomo de carbono 1 de la pentosa y el átomo de nitrógeno 9 de la purínica. O el nitrógeno 1 de las bases pirimidínicas. El grupo fosfato de los nucleótidos se halla unido mediante un enlace éster al átomo 5 de la pentosa.Cuando el grupo fosfato de un nucleótido se separa por hidrólisis recibe el nombre de nucleósido.Por lo tanto los nucleótidos son los 5´-fosfatos de los nucleósidos correspondientes.

Los ribonucleótidos y desoxirribonucleótidos se encuentran libres en cantidades significativas en la célula. Sus grupos fosfóricos son ácidos fuertes, a pH 7,0 los nucleótidos libres pueden existir principalmente en la forma N-O-PO3, en la que el N es el grupo nucleósido. Debido a la presencia de una base purínica o pirimidínica, todos los nucleótidos muestran una fuerte absorción de 250 a 280 nm, lo que resulta muy útil para el análisis cuantitativo.

3- NUCLEOTIDOS IMPORTANTES

NAD (Dinucleótido de adenina y nicotinamida)

El NAD es la niacina activa. Para su síntesis se requiere la forma de niacina el nicotinato por enzimas presentes en el citosol de la célula. En el citosol, el nicotinato se convierte a desamido-NAD al reaccionar con el 1-pirofosfato de 5-fosforribosilo (PRPP) y luego por adenilación con ATP. El grupo amido de glutamina contribuye para formar la coenzima NAD. Y esta puede fosfolilarse a NADP.

El NAD y NADP tienen múltiples actividades como coenzimas para deshidrogenasas que se encuentran en el citosol, por ejemplo lactato deshidrogenasa y dentro de mitocondrias como malato deshidrogenasa.

Son componentes críticos de numerosas vías metabólicas que intervienen en la disposición de carbohidratos lípidos y aminoácidos. En general, las deshidrogenasas ligadas a NAD catalizan reacciones oxidorreducción en vías oxidativas (por ejemplo, ciclo del ácido cítrico actuando como coenzima para tres de deshidrogenasa del ciclo: isocitrato deshidrogenasa, alfa-cetoglutarato deshidrogenasa y malato deshidrogenasa.).

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El mecanismo de oxidorreducción comprende adición reversible de un ion híbrido (H) al anillo de piridina mas la generación de ion hidrógeno libre

NAD + AH2 NADH + H + A

FMN (mononucleótido de flavina y FAD dinucleótido de flavina y adenina)

La riboflavina activa es el mononucleótido de flavina y el dinucleótido de flavina y adenina. El FMN se forma por fosforilación dependiente de ATP, en tanto que el FAD se sintetiza por una reacción adicional con ATP en donde la fracción AMP del ATP se transfiere a FMN.

Ambas actúan como grupos prostéticos de enzimas oxidorreductasas y se conoces como flavoproteinas. En general los grupos prostéticos se enlazan con fuerza pero no por covalencia a sus apoproteinas. Muchas de éstas enzimas contienen metales, por ejemplo, molibdeno y hierro y a éstos se les designa metalflavoproteinas.

Estas enzimas están muy extendidas y las representan varias oxidorreductasas importantes en el metabolismo de los mamíferos, por ejemplo, alfa-aminoácido oxidasa en la desaminación de aminoácidos, xantina oxidasa en la degradación de purinas, aldehído deshidrogenasas en la degradación de aldehídos , glicerol-3-fosfato deshidrogenasa mitocondrial en la transportación de equivalentes reductores del citosol a la mitocondria, succinato deshidrogenasa en el ácido cítrico, acil-CoA deshidrogenasa y la flavoproteina que transfiere electrones en la oxidación de ácidos grasos.

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En su papel de coenzimas las flavoproteinas experimentan reducción reversible del anillo isoaloxacina para reducir las formas reducidas de FMN2 y FADH2.

FMN FAD

AMPc (3´-5´ monofosfato de adenosina)

Este fosfodiester formado por ATP en una reacción catalizado por adenil ciclasa. La actividad de la adenil ciclasa es regulada por interacciones complejas, muchas de las cuales comprenden a receptoras para hormonas.

El cAMP participa en diversas funciones reguladoras de las células; por ejemplo, la regulación de la actividad de la proteína cinasa depende del cAMP. Como molécula reguladora relativamente pequeña de cAMP. En consecuencia su concentración es menor que la del ATP.

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Las concentraciones de cAMP se conservan por interacciones de adenilato ciclasa y cAMP fosfodiesterasa que catalizan la hidrólisis de cAMP a 5´-AMP

cAMP

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4-PRECURSORES BIOSINTETICOS DE LOS NUCLEOTIDOS PURINICOS Y PIRIMIDINICOS

Para la biosíntesis de nucleosidos en el cual el constituyente principal son sus bases , las purinas y pirimidinas.

veremos acontinuacion la biosíntesis de purinas

SINTESIS DE NOVO DE LOS NUCLEOTIDOS PIRIMIDINICOS

En las células de los mamíferos, el anillo pirimidínico se sintetiza de novo utilizando aminoácidos como dadores de carbono y nitrógeno y CO2 como dador de carbono.

Al igual que en la síntesis de novo de los nucleótidos purínicos, los aminoácidos también juegan un papel importante en la síntesis de los nucleótidos pirimidínicos. A diferencia de los nucleótidos purínicos, en éstos se forma primero el anillo de la base y luego se incorpora el resto de ribosa fosfato que proviene del PRPP. Los precursores son el aspartato, carbamil fosfato y PRPP. Las reacciones que conducen a la síntesis de los nucleótidos pirimidínicos en las células de mamíferos son las siguientes:

1.  Formación de carbamoilfosfato

2.  Adición de aspartato

3.  Cierre del anillo para formar el anillo pirimidínico

4.  Oxidación del dihidroorotato

5.  Adición de la ribosa 5-fosfato

6.  Descarboxilación del OMP

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Como vemos, la ruta de síntesis comienza con la formación del carbamil fosfato que es captado por el grupo g-NH2 de la glutamina, y la serie de reacciones que se ven en las siguientes figuras:

Figura 12:  Síntesis de oroato. Tomado de Herrera, E. (Ed). Bioquímica.

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Figura 13:  Síntesis de los nucleótidos pirimidínicos a partir del orotato. Tomado de Herrera, E. (Ed). Bioquímica. "Bioquímica".

Figura 14:  Síntesis de los nucleótidos de citidina. Tomado de Devlin, T. M. "Bioquímica".

Mediante estas reacciones se sintetiza el nucleótido pirimidínico UMP. La formación de nucleótidos de citidina tiene lugar a partir del nucleótido de uridina pero a nivel de trifosfato. Esta reacción para su catabolismo es como queda esquematizada en la siguiente figura:

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BIBLIOGRAFIA:

Bioquímica de Harper 15ª Edición

Editorial manual moderno pag. 431-436,438-441,444

Albert L. Lehninger

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

Ediciones Omega pag. 734-747, 750-753

Karen Elmida Ramírez Ruvalcaba

Jesus Gil Aguirre

Alejandro Rios Aguirre

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UNIDADVIIBIOQUIMICA DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

1- Organización de la cromatina y sus diferentes formas

La cromatina es el material cromosómico estraído de núcleos de células de organismos eucarióticos.

LA CROMATINA SE COMPONE DE MOLÉCULAS DE DNA MUY LARGAS, DE DOBLE TIRA, Y DE UNA MASA CASI IGUAL A LAS PROTEÍNAS BÁSICAS MÁS PEQUEÑAS LLAMADAS HISTONAS, ASÍ COMO DE UNA CANTIDAD MENOR DE PROTEÍNAS NO HISTÓNICAS (LA MAYOR PARTE DE LAS CUALES SON ACIDÓGENAS Y MÁS GRANDES QUE LAS HISTONAS), Y DE UNA PEQUEÑA CANTIDAD DE RNA. LA HÉLICE DNA DE DOBLE TIRA EN CADA CROMOSOMA TIENE UNA LONGITUD CIENTOS DE VECES MAYOR QUE EL DIÁMETRO DEL NÚCLEO CELULAR. UNA FINALIDAD DE ESTAS MOLÉCULAS, EN PARTICULAR LAS HISTONAS, ES CONDENSAR EL DNA. LOS ESTUDIOS DE LA CROMATINA CON MICROSCOPIO ELECTRÓNICO MUESTRAN PARTÍCULAS ESFÉRICAS DENSAS LLAMADAS NUCLEOSOMAS QUE TIENEN APROXIMADAMENTE 10 NM DE DIÁMETRO Y ESTÁN CONECTADAS POR FILAMENTOS DE DNA. LOS NUCLEOSOMAS SE COMPONEN DE DNA ENROLLADO ALREDEDOR DE UN CONJUNTO DE MOLÉCULAS DE HISTONA.

MICROGRAFÍA ELECTRÓNICA DE NUCLEOSOMAS CONECTADOS POR TIRAS DE ÁCIDO NUCLEICO. (LA BARRA REPRESENTA 2.5MM.)

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Las histonas son las proteínas cromatínicas más abundantes.

LAS HISTONAS SON UN TANTO HETEROGÉNEAS Y CONSISTEN EN UNA SERIE DE PROTEÍNAS BÁSICAS ÍNTIMAMENTE RELACIONADAS. ENTRE LAS HISTONAS, LAS HISTONAS H1 SON LAS MENOS FUERTEMENTE UNIDAS A LA CROMATINA Y SON, POR TANTO, FÁCILMENTE REMOVIDAS CON UNA SOLUCIÓN SALINA, DESPUÉS DE LO CUAL LA CROMATINA SE VUELVE SOLUBLE. LOS NUCLEOSOMAS AISLADOS DEL CENTRO CONTIENEN CUATRO CLASES DE HISTONAS: H2A, H2B, H3 Y H4. LAS ESTRUCTURAS DE LAS HISTONAS LIGERAMENTE RICAS EN LISINA , H2A Y H2B, PARECEN HABERSE CONSERVADO SIGNIFICATIVAMENTE ENTRE LAS ESPECIES, EN TANTO QUE LAS ESTRUCTURAS DE LAS HISTONAS RICAS EN ARGININA, H3 Y H4, SE CONSERVAN PREDOMINANTEMENTE ENTRE LAS ESPECIES. ESTA CONSERVACIÓN RÍGIDA IMPLICA

QUE LA FUNCIÓN DE LAS HISTONAS ES IDÉNTICA EN TODOS LOS EUCARIOTES Y QUE LA MOLÉCULA ENTERA ESTÁ IMPLICADA COMPLETA Y ESPECÍFICAMENTE EN LLEVAR A CABO ESTA FUNCIÓN. LOS DOS TERCIOS C-TERMINALES DE LAS MOLÉCULAS TIENEN UNA COMPOSICIÓN ORDINARIA DE AMINOÁCIDOS, MIENTRAS QUE SUS TERCIOS AMINO TERMINALES SON RICOS EN AMINOÁCIDOS BÁSICOS. ESTAS CUATRO HISTONAS DEL CENTRO ESTÁN SUJETAS A CINCO TIPOS DE MODIFICACIONES COVALENTES: ACETILACIÓN, METILACIÓN, FOFORILACIÓN, ADP-RIBOSILACIÓN Y FIJACIÓN COVALENTE (SÓLO H2A) A LA PROTEÍNA NUCLEAR, UBIQUITINA. ESTAS MODIFICACIONES DE LAS HISTONAS ES PROBABLE QUE DESEMPEÑEN ALGUNA ACCIÓN EN LA ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LA CROMATINA, PERO EN LA ACTUALIDAD SE CONOCE POCO ACERCA DE ESTO.

LAS HISTONAS INTERACTÚAN ENTRE SÍ DE MANERAS MUY ESPECÍFICAS. LAS H3 Y H4 SE AGREGAN PARA FORMAR UN TETRÁMERO QUE CONTIENEN DOS MOLÉCULAS DE CADA UNA DE ELLAS (H3/H4)2, EN TANTO QUE H2A Y H2B FORMAN DÍMEROS (H2A-H2B) Y COMPLEJOS OLIGOMÉRICOS SUPERIORES ([H2A-HG2B]N). EN CONDICIONES FISIOLÓGICAS, DOS DE ESTOS TETRÁMEROS DE HISTONA SE UNEN PARA FORMAR EL OCTÁMERO DE HISTONA.

El nucleosoma es una estructura que contiene histona y DNA.

SIN EMBARGO, CUANDO EL TETRÁMERO H32-H42 Y LOS DÍMEROS H2A-H2B SE MEZCLAN CON DNA PURIFICADO DE DOBLE TIRA, SE FORMA EL MISMO PATRÓN DE DIFRACCIÓN DE RAYOS X QUE EL OBSERVADO EN LA CROMATINA AISLADA RECIENTEMENTE. LOS ESTUDIOS DE MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA CONFIRMAN LA EXISTENCIA DE NUCLEOSOMAS RECONSTITUIDOS. ADEMÁS, LA RECONSTITUCIÓN E LOS NUCLEOSOMAS A PARTIR DE DNA Y DE LAS HISTONAS H2A, H2B, H3 Y H4 ES INDEPENDIENTE DEL ORIGEN ORGÁNICO O CELULAR DE LOS DIVERSOS COMPONENTES. LA HISTONA H1 Y LAS PROTEÍNAS NO HISTÓNICAS NO SON NECESARIAS PARA LA RECONSTITUCIÓN DEL CENTRO DEL NUCLEOSOMA.

EN EL NUCLEOSOMA, EL DNA ESTA SUPERENROLLADO EN UNA HÉLICE HACIA LA IZQUIERDA SOBRE LA SUPERFICIE DE LA HISTONA EN FORMA DE DISCO, QUE ES UN OCTÁMERO COMPUESTO DE UN TETRÁMERO CENTRAL DE H3-H4 (H3/H4)2 Y DOS DÍMEROS DE H2A-H2B. LAS HISTONAS DEL CENTRO INTERACTÚAN CON EL DNA EN EL INTERIOR DE LA SUPERHÉLICE SIN FORMAR PROTUBERANCIAS.

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LOS TETRÁMEROS H32-H42 POR SÍ MISMOS LE PUEDEN CONFERIR PROPIEDADES DE NUCLEOSOMAS AL DNA Y ASÍ TIENE UNA FUNCIÓN CENTRAL EN LA FORMACIÓN DEL MISMO.

LA ADICIÓN DE DOS DÍMEROS H2A-H2B ESTABILIZA LA PARTÍCULA PRIMARIA Y ENLAZA FIRMEMENTE DOS MEDIAS VUELTAS ADICIONALES DE DNA PREVIAMENTE UNIDAS EN FORMA LAXA AL (H3/H4)2. DE ESTE MODO, 1.75 VUELTAS DE SUPERHÉLICE DE DNA ESTÁN ENROLLADAS ALREDEDOR DE LA SUPERFICIE DEL OCTÁMERO DE HISTONAS, PROTEGIENDO 146 PARES DE BASES DE DNA Y FORMANDO EL CENTRO DE NUCLEOSOMA.

MODELO PARA LA ESTRUCTURA DEL NUCLEOSOMA, EN EL CUAL EL DNA ESTÁ ENROLLADO ALREDEDOR DE LA SUPERFICIE DE UN CILINDRO PLANO DE PROTEÍNA CONSTANDO DE DOS DE CADA UNA DE LAS HISTONAS H2A, H2B, H3 Y H4. LOS 146 PARES DE BASES DEL DNA, QUE CONSISTEN DE 1.75 GIROS DE SUPERHÉLICE, ESTÁN EN CONTACTO CON EL OCTÁMERO DE HISTONA. ÉSTA PROTEGE AL DNA DE DIGESTIÓN POR UNA NUCLEASA.

ES PROBABLE QUE EL ENSAMBLE DE LOS NUCLEOSOMAS ESTÉ MEDIADO POR UNA PROTEÍNA NUCLEAR ANIÓNICA, LA NUCLEOPLASMINA. LAS HISTONAS, QUE SON FUERTEMENTE CATIÓNICAS, PUEDEN UNIRSE EN FORMA NO ESPECÍFICA AL DNA FUERTEMENTE ANIÓNICO MEDIANTE LA FORMACIÓN DE PUENTES SALINOS. ES EVIDENTEMENTE QUE TAL INTERACCIÓN NO ESPECÍFICA DE LAS HISTONAS Y EL DNA SERÍA NOCIVA PARA LA FORMACIÓN DE NUCLEOSOMAS Y PARA LA FUNCIÓN DE LA CROMATINA. LA NUCLEOPLASMINA ES UNA PROTEÍNA ANIÓNICA PENTAMÉRICA QUE NO SE UNE AL DNA NI A LA CROMATINA, PERO PUEDE INTERACTUAR DE MODO REVERSIBLE CON UN OCTÁMERO DE HISTONAS DE TAL MANERA QUE ÉSTAS YA NO SE ADHIEREN EN FORMA NO ESPECÍFICA A SUPERFICIES CON CARGA NEGATIVA COMO LAS DEL DNA. AL PARECER DE ESTE MODO LA NUCLEOPLASMINA MANTIENE EN EL NÚCLEO UN AMBIENTE IÓNICO CONDUCENTE A LA INTERACCIÓN ESPECÍFICA DE LAS HISTONAS Y EL DNA Y AL ENSAMBLE DE LOS NUCLEOSOMAS. UNA VEZ QUE EL NUCLEOSOMA SE FORMA, LA NUCLEOPLASMINA DEBE SER LIBERADA DE LAS

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HISTONAS. AL PARECER LOS NUCLEOSOMAS MUESTRAN PREFERENCIA POR CIERTAS REGIONES EN MOLÉCULAS ESPECÍFICAS DE DNA, PERO LA BASE PARA ESTA DISTRIBUCIÓN NO ALEATORIA, DENOMINADA AJUSTE DE FASE SE DESCONOCE, AUNQUE ES PROBABLE QUE SE RELACIONE CON LA FLEXIBILIDAD FÍSICA RELATIVA DE CIERTAS SECUENCIAS DE NUCLEÓTIDOS QUE SON CAPACES DE ACOMODARSE EN LAS REGIONES CON TORCEDURAS DENTRO DE LA SUPERHÉLICE.

EL SUPEREMPACAMIENTO DE LOS NUCLEOSOMAS EN EL NÚCLEO ES EN APARIENCIA DEPENDIENTE DE LA INTERACCIÓN DE LAS HISTONAS H1 CON NUCLEOSOMAS ADYACENTES.

Estructuras de orden superior proporcionan la compactación de la cromatina.

LA MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE LA CROMATINA REVELA DOS ÓRDENES SUPERIORES DE ESTRUCTURA, LA FIBRILLA DE 10 NM Y LA FIBRA DE 25 A 30 NM DE CROMATINA, MÁS ALLÁ DE AQUÉLLA DEL PROPIO NUCLEOSOMA. LA ESTRUCTURA NUCLEOSÓMICA DISCOIDAL TIENE UN DIÁMETRO DE 10 NM Y UNA ALTURA DE 5 NM. AL PARECER LA FIBRILLA DE 10 NM CONSTA DE NUCLEOSOMAS ORDENADOS CON SUS BORDES TOCÁNDOSE Y SUS CARA PLANAS PARALELAS AL EJE DE LA FIBRILLA. ES PROBABLE QUE ESTA FIBRILLA DE 10 NM SE SUPERENROLLE MÁS CON 6 A 7 NUCLEOSOMAS POR VUELTA PARA FORMAR LA FIBRA DE 30 NM DE CROMATINA.

ESTRUCTURA PROPUESTA DE LA FIBRA DE CROMATINA DE 30 NM FORMADA DE SUPERHÉLICES DE SEIS NUCLEOSOMAS DE FIBRILLAS DE 10 NM. EL EJE DE LA FIBRA DE 30 NM ES PERPENDICULAR AL PLANO DE LA PÁGINA.

CADA VUELTA DEL SUPERENROLLAMIENTO SERÍA RELATIVAMENTE PLANA Y LAS CARAS DE LOS NUCLEOSOMAS DE VUELTAS SUCESIVAS PODRÍAN SER CASI PARALELAS UNA CON OTRA. LAS HISTONAS H1 PARECEN ESTABILIZAR LA FIBRA DE 30 NM, PERO SU POSICIÓN Y LA DEL DNA ESPACIADOR DE LONGITUD VARIABLE NO ESTÁ CLARA. ES POSIBLE QUE LOS NUCLEOSOMAS FORMEN CIERTA VARIEDAD DE ESTRUCTURAS DE EMPAQUE. PARA FORMAR UN CROMOSOMA MITÓTICO, LA FIBRA DE 30 NM DEBE REDUCIRSE EN LONGITUD OTRAS 100 VECES.

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EN LOS CROMOSOMAS INTERFÁSICOS, LAS FIBRAS DE CROMATINA PARECEN ESTAR ORGANIZADAS EN ASAS O DOMINIOS DE 30 A 100 MILLARES DE PARES DE BASES ANCLADAS EN UN ANDAMIAJE ( O MATRIZ DE SOPORTE) EN EL NÚCLEO. EN ESTOS DOMINIOS, ALGUNAS SECUENCIAS DE DNA NO ESTÁN LOCALIZADAS AL AZAR. SE HA SUGERIDO QUE CADA DOMINO EN FORMA DE ASA DE LA CROMATINA PUEDE CORRESPONDER A UNA FUNCIÓN GENÉTICA SEPARADA, QUE CONTIENE TANTO REGIONES CODIFICADORAS COMO NO CODIFICADORAS DEL GEN.

Algunas regiones de cromatina son “activas” y otras “inactivas”.

GENERALMENTE, CADA CÉLULA INDIVIDUAL DE UN METAZOARIO CONTIENE LA MISA INFORMACIÓN GENÉTICA EN FORMA DE LAS MISMAS SECUENCIAS DEL DNA. ASÍ, LAS DIFERENCIAS ENTRE TIPOS CELULARES DISTINTOS EN UN MISMO ORGANISMO DEBEN EXPLICARSE POR LA EXPRESIÓN DIFERENCIAL DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA COMÚN. SE HA DEMOSTRADO QUE LA CROMATINA QUE CONTIENE GENES ACTIVOS (ES DECIR, CROMATINA ACTIVA PARA LA TRANSCRIPCIÓN) DIFIERE EN VARIAS FORMAS DE AQUÉLLA DE LAS REGIONES NO ACTIVAS. LA ESTRUCTURA NUCLEOSÓMICA DE LA CROMATINA ACTIVA PARECE ESTAR ALTERADA A AÚN AUSENTE EN LAS REGIONES SUMAMENTE ACTIVAS. EL DNA EN LA CROMATINA ACTIVA CONTIENE GRANDES REGIONES (APROXIMADAMENTE 100 000 BASES DE LONGITUD) QUE SON SENSIBLES A LA DIGESTIÓN POR UNA NUCLEASA COMO LA DNASA I. LA SENSIBILIDAD A LA DNASA I DE LAS REGIONES DE CROMATINA QUE ESTÁN TRANSCRIBIÉNDOSE ACTIVAMENTE, REFLEJA SÓLO UN POTENCIAL PARA LA TRANSCRIPCIÓN MÁS QUE LA TRANSCRIPCIÓN EN SÍ Y EN VARIOS SISTEMAS PUEDE CORRELACIONARSE CON UNA FALTA RELATIVA DE LA 5-METIL-DESOXICITIDINA EN EL DNA.

DENTRO DE REGIONES GRANDES DE CROMATINA ACTIVA EXISTEN ESTRECHAMIENTOS MÁS CORTOS DE 100 A 300 NUCLEÓTIDOS QUE EXHIBEN UNA SENSIBILIDAD AÚN MAYOR (OTRAS 10 VECES) A LA DNASA I. ES PROBABLE QUE ESTOS SITIOS HIPERSENSIBLES SE DEBAN A UNA CONFORMACIÓN ESTRUCTURAL QUE FAVOREZCA EL ACCESO AL DNA DE LA NUCLEASA. EN GENERAL, ESTAS REGIONES SE LOCALIZAN PRÓXIMAS CORRIENTE ARRIBA DEL GEN ACTIVO Y CORRESPONDEN A UNA ESTRUCTURA NUCLEOSÓMICA INTERRUMPIDA DEBIDO A LA FIJACIÓN DE PROTEÍNAS NO HISTONAS. EN MUCHOS PARECE SER QUE SI UN GEN ES CAPAZ DE SER TRANSCRITO, DEBE TENER UN SITIO HIPERSENSIBLE A LA DNASA EN LA CROMATINA SEGUIDAMENTE CORRIENTE ARRIBA. LAS PROTEÍNAS QUE INTERVIENEN EN LA TRANSCRIPCIÓN Y LAS QUE SE OCUPAN DE CONSERVAR EL ACCESO A LA TIRA MOLDE, DEFINEN LA FORMACIÓN DE SITIOS HIPERSENSIBLES. CON FRECUENCIA LOS SITIOS HIPERSENSIBLES PROPORCIONAN LA PRIMERA PISTA ACERCA DE LA PRESENCIA Y UBICACIÓN DE UN ELEMENTO DE CONTROL DE LA TRANSCRIPCIÓN.

LA CROMATINA INACTIVA PARA LA TRANSCRIPCIÓN ESTÁ EMPAQUETADA MÁS DENSAMENTE DURANTE LA INTERFASE SEGÚN SE OBSERVA POR ESTUDIOS CON EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO Y SE LE CONOCE COMO HETEROCROMATINA; LA CROMATINA ACTIVA PARA LA TRANSCRIPCIÓN SE TIÑE CON MENOR DENSIDAD Y SE LE CONOCE COMO EUCROMATINA. GENERALMENTE, LA EUCROMATINA SE REPLICA ANTES EN EL CICLO CELULAR DE LOS MAMÍFEROS QUE LA HETEROCROMATINA.

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HAY DOS TIPOS DE HETEROCROMATINA, LA CONSTITUTIVA Y LA FACULTATIVA. LA HETEROCROMATINA CONSTITUTIVA SIEMPRE ESTÁ CONDENSADA Y, POR TANTO, INACTIVA. SE ENCUENTRA EN REGIONES CERCANAS AL CENTRÓMERO DEL CROMOSOMA Y EN LOS EXTREMOS CROMOSÓMICOS (TELÓMEROS). LA HETEROCROMATINA FACULTATIVA EN OCASIONES ESTÁ CONDENSADA, PERO OTRAS VECES ES TRANSCRITA ACTIVAMENTE Y, POR CONSIGUIENTE, NO CONDENSADA, APARECIENDO COMO EUCROMATINA. DE LOS DOS MIEMBROS DEL PAR DE CROMOSOMA X EN LAS HEMBRAS DE LOS MAMÍFEROS, UN CROMOSOMA X ES CASI COMPLETAMENTE INACTIVO PARA LA TRANSCRIPCIÓN Y ES HETEROCROMÁTICO. SIN EMBARGO, DURANTE LA GAMETOGÉNESIS, EL CROMOSOMA X HETEROCROMÁTICO SE SEPARA Y SE VUELVE ACTIVO PARA LA TRANSCRIPCIÓN DURANTE LA EMBRIOGÉNESIS TEMPRANA; POR TANTO ES HETEROCROMATINA FACULTATIVA.

CIERTAS CÉLULAS DE INSECTOS, POR EJEMPLO, CHIRONOMUS, CONTIENEN CROMOSOMAS GIGANTES QUE SE HAN REPLICADO DURANTE 10 CICLOS SIN SEPARACIÓN DE LAS CROMÁTIDAS HIJAS. ESTAS COPIAS DEL DNA SE ALINEAN LADO A LADO EN REGISTROS PRECISOS Y PRODUCEN UN CROMOSOMA CON BANDAS QUE CONTIENE REGIONES DE CROMATINA CONDENSADA Y BANDAS MÁS LIGERAS DE CROMATINA MÁS EXTENDIDA. LAS REGIONES ACTIVAS PARA LA TRANSCRIPCIÓN DE ESTOS CROMOSOMAS POLITÉCNICOS ESTÁN ESPECIALMENTE EXTENDIDAS EN LOS “PUFS”, EN LOS CUALES ES POSIBLE DEMOSTRAR LAS ENZIMAS NECESARIAS PARA LA TRANSCRIPCIÓN Y QUE SON LOS SITIOS DE SÍNTESIS DEL RNA.

Correlación entre la actividad de la RNA polimerasa II y la síntesis de RNA. Cierto número de genes se activan cuando las larvas de Chironomus tentans se someten a choque térmico (39°C durante 30 minutos). A: Distribución de la RNA polimerasa B (llamada también tipo II) en el cromosoma IV aislado de la glándula salival. La enzima fue identificada por inmunofluorescencia mediante

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un anticuerpo dirigido contra la polimerasa. Las bandas 5C y BR3 son específicas del cromosoma IV y las flechas indican los abultamientos. B: Autorradiograma de un cromosoma IV incubado en presencia de H-uridina para marcar al RNA. Notése la correspondencia de la inmunofluorescencia y la presencia del RNA radiactivo (puntos). Barra=7Mm

2-EL DNA SE ORGANIZA EN CROMOSOMAS.

En la metafase, los cromosomas de los mamíferos poseen una simetría doble, con cromátidas hermanas idénticas conectadas a un centrómero, la posición relativa de las cuales es característica para un cromosoma dado. Cada cromátida humana contiene una molécula de DNA de doble tira. Durante la interfase, el empacamiento de la molécula de DNA es menos denso que como se encuentra en el cromosoma condensado durante la metafase. Los cromosomas en la metafase son inactivos par la transcripción.

Dos cromátidas hermanas del cromosoma humano No. 12. Amplificación 27 850x.

El genoma haploide humano consiste de 3x109 pares de bases o pares de nucleótidos alrededor de 1.7x107 nucleosomas. Por tanto, cada una de las 23 cromátidas en el genoma haploide humano contendrá un promedio de 1.3 x 108 nucleótidos en una molécula de DNA de doble tira. La longitud de cada molécula de DNA debe comprimirse aproximadamente 8000 veces para generar la estructura de un cromosoma metafísico condensado. En los cromosomas en la metafase, las fibras de cromatina de 25 a 30 nm también están plegadas en una serie de dominios en forma de asa, cuyas porciones proximales están ancladas a un soporte proteináceo no histónico.

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Resumen los índices de empaquetamiento de cada uno de los órdenes de la estructura del DNA.

El empaquetamiento de las nucleoproteínas dentro de las cromátidas no es el azar, según evidencias de los patrones característicos observados cuando los cromosomas se tiñen con colorantes específicos como la quinacrina o el colorante de Giemsa.De individuo a individuo dentro de una misma especie, el patrón de teñido (formación de bandas) de todo el complemento del cromosoma es altamente reproducible; no obstante, difiere de manera significativa en otras especies, aun en aquellas íntimamente emparentadas. Así pues, el empacamiento de las nucleoproteínas en los cromosomas de los eucariotes superiores debe depender, de alguna manera de características específicas de las especies moleculares del DNA.Una combinación de técnicas de tinción especializadas y microscopia de alta resolución permite a los genetistas mapear con bastante precisión miles de genes de regiones específicas en cromosomas humanos y del ratón.

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Cariotipo humano (de varón con una constitución normal 46,XY), en el cual los cromosomas se tiñeron por el método de Giemsa y alineados de acuerdo con la Convención de París.

Con frecuencia, las regiones codificantes están separadas por secuencias intercaladas.

Las regiones codificadoras del DNA, cuyas transcripciones finalmente aparecen en el citoplasma como moléculas únicas del mRNA, están interrumpidas en el genoma por grandes secuencias intermedias de DNA que no codifica. De acuerdo a esto, las transcripciones primarias del DNA, hnRNA, contienen secuencias intermedias no codificadoras de RNA que deben retirarse en un proceso en el cual además se reúnen los segmentos codificadores apropiados para formar el mRNA maduro. Casi todas las secuencias codificadoras para un mRNa sencillo, están interrumpidas en el genoma (y por tanto en la transcripción primaria) por cuando menos una, y en algunos casos hasta 50, secuencias intermedias no codificadoras (intrones). No esta muy clara la función de las secuencias intermedias o intrones. Pueden servir para separar dominios funcionales (exones) de información codificadora, en una forma que permita se produzca el reordenamiento genético por recombinación con más rapidez, que si todas las regiones codificadoras para una función genética dada estuvieran contiguas. Tal aumento en la velocidad del reordenamiento genético de los dominios funcionales permitiría una evolución más rápida de la función biológica.

La relación entre el cromosoma DNA y mRNA. El complemento del haploide DNA humano de 3x109 pares de bases (pb) está distribuido entre los 23 cromosomas. Los genes están agrupados en estos cromosomas. Un gen

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promedio puede tener una longitud de 20 000 pb, incluyendo la región reguladora (diagonales) la cual, por lo general, se localiza en el extremo 5’del gen. La región reguladora se presenta aquí como adyacente al sitio donde se inicia la transcripción (flechas). La mayor parte de los genes eurióticos tienen alternancias de exones e intrones. En este ejemplo, existen nueve exones (negro) y ocho intrones (áreas azules). Los intrones se retiran de la transcripción primaria mediante la reacción de procesamiento y los exones están unidos juntos en una secuencia que forma el mRNA maduro (nt, nucleótidos).

3-ESTRUCTURA DEL DNA, FUENTE DE INFORMACIÓN GENÉTICA

INTRODUCCIÓN.El descubrimiento de que la información genética está codificada a lo largo de una molécula polimérica compuesta por sólo cuatro tipos de unidades monoméricas, es uno de los logros científicos más importantes de este siglo. Esta molécula polimérica, el DNA, es la base química de la herencia y está organizada en genes, unidades fundamentales de la información genética. Los genes controlan la síntesis de varios tipos de RNA, que en su mayor parte están involucrados en la síntesis de proteínas. Los genes no funcionan de manera autónoma; su replicación y funcionamiento se controlan por varios productos de gen, a menudo en colaboración con componentes de varias vías de transducción de señales. El conocimiento de la estructura y función de los ácidos nucleicos es esencial para comprender la genética y muchos aspectos de la fisiopatología de la enfermedad, así como los fundamentos genéticos de la enfermedad.

IMPORTANCIA BIOMÉDICA.La base química de la herencia y de las enfermedades genéticas se encuentra en la estructura del DNA. Se ha dilucidado la vía de información básica (esto es, el DNA dirige la síntesis del RNA, que a su vez regula la síntesis de proteínas). Este conocimiento se está usando para definir la fisiología celular normal y la fisiopatología de la enfermedad a nivel molecular.

EL DNA CONTIENE LA INFORMACIÓN GENÉTICA.La demostración de que el DNA contiene la información genética se hizo por primera vez en 1944 en una serie de experimentos realizados por Avery, MacLeod y McCarty, quienes mostraron que la determinación genética del carácter (tipo) de la cápsula de un neumococo específico podía ser transmitida a otro neumococo de un tipo capsular diferente introduciendo DNA purificado del primer tipo en el segundo. Estos autores se referían al agente (después mostraría ser el DNA) que efectuaba el cambio como el “factor de transformación”). Subsecuentemente, este tipo de manipulación genética se ha hecho común. Recientemente se han realizado experimentos similares utilizando levaduras, células de mamíferos cultivadas, embriones de insectos y roedores como receptores y DNA clonado como el donador de la información genética.

EL DNA ESTÁ CONSTITUIDO POR CUATRO DESOXINUCLEÓTIDOS.

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La naturaleza química de las unidades desoxinucleótidas mononuméricas del DNA –desoxiadenilato, desoxiguanilato, desoxicitidilato y timidilato- . Estas unidades monoméricas del DNA se conservan en la forma polimérica por puentes 3’, 5’ fosfodiéster constituyendo una sola tira.

Segmento de la estructura de la molécula de DNA en la cual las bases purínicas y pirimidínicas, adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G) se mantienen juntas por un esqueleto fosfodiéster entre los fragmentos 2’-desoxirribosilo adheridos a las nucleobases por un enlace N-gulocosídico. Nótese que el esqueleto tiene polaridad (es decir, dirección). Esto, por lo general, se representa en la orientación 5’ a 3’.

El contenido informativo del DNA (el código genético) reside en la secuencia en que se ordenan estos monómeros –desoxirribonucleótidos de purina y pirimidina. El polímero posee una polaridad; un extremo tiene terminal 5’-hidroxilo o fosfato, en tanto que el otro tiene a una fracción 3’-fosfato o hidróxilo. La importancia de esta polaridad se hará evidente en las secciones posteriores. Dado que la información genética reside en el orden de las unidades monoméricas en los polímeros, debe existir un mecanismo para reproducir o replicar esta información específica con un elevado grado de fidelidad. Ese requerimiento, junto con los datos de difracción con rayos X de la molécula del DNA y con la observación de Chargaff de que en las moléculas de DNA la concentración de los nucleótidos de desoxiadenosina (A) es igual a la de los nucleótidos de timidina (T) (A=T), en tanto que la concentración de los nucleótidos de desoxiguanosina (G) es igual a la de los nucleótidos de desoxicitidina (C) (G=C), condujo a Watson, Crick y Wilkins y proponer al principio del decenio de 1950 el modelo de una molécula de doble tira del DNA.

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Las dos tiras de esta molécula de doble hélice con giro a la derecha se mantienen juntos por puentes de hidrógeno entre las bases purínicas y pirimidínicas de las respectivas moléculas lineales. La paridad entre los nucleótidos de las tiras opuestas es sumamente específico y depende de los enlaces del hidrógeno de A con T y de G con C.

El pareamiento de bases entre desoxiadenosina y timidina implica la formación de dos puentes de hidrógeno. Entre la desoxicitidina y la desoxiguanosina son tres los enlaces. Las líneas punteadas representan los puentes de hidrógeno.

En la molécula de doble tira, las restricciones impuestas por la rotación alrededor del enlace fosfodiéster, la configuración favorecida anti del enlace glucosídico y los tautómeros predominantes de las cuatro bases (A, G, T y C), permiten a A parearse sólo con T y a G sólo con C. Esta restricción de pareamiento de bases explica la observación anterior de que en una molécula de DNA de doble tira, el contenido de A es igual al de T y el contenido de G es igual al de C. Las dos tiras de la molécula de doble hélice, cada una de las cuales posee una polaridad, son antiparalelas, es decir, una tira corre en dirección 5’ a 3’ y la otra en dirección 3’ y 5’. Esto es análogo a dos calles paralelas, cada una con un solo sentido, pero con el movimiento del tránsito de direcciones opuestas. En las moléculas de DNA de doble tira, dado que la información genética reside en la secuencia de nucleótidos de una, la tira codificadora; la opuesta se considera la tira no codificadora debido a que es complementaria de la transcripción de RNA que codifica proteínas.Las dos tiras, en donde las bases están opuestas, se conservan juntas por puentes de hidrógeno, giran alrededor de un eje central para formar una hélice doble. El DNA de tira doble existe en seis formas por lo menos (A a E y Z). Bajo condiciones fisiológicas (escasa sal, grado elevado de hidratación), la forma B

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alrededor del eje de la molécula contiene 10 pares de bases. La longitud de expansión de ese giro es de 3.4nm. Su anchura (diámetro helicoidal) es de 2 nm.Tres puentes de hidrógeno unen al nucleótido desoxiguanosina con el nucleótido desoxicitidina en tanto que el otro par, el A-T, se conserva junto por dos puentes de hidrógeno. Por tanto el enlace G-C es más fuerte, aproximadamente en 50 por ciento. Debido a esa fuerza adicional y también por las interacciones de las columnas, las regiones de DNA ricas en enlaces G-C son mucho más resistentes a la desnaturalización o “fusión” que las regiones

ricas en A-T.

4-FORMAS ESTRUCTURALES A,B Y Z DEL DNALas cadenas poliméricas complementarias se presentan como una doble hélice o espiral determinada por dos hebras -las columnas vertebrales constituidas por azúcares y fosfatos- que se enrollan en forma paralela alrededor de un eje imaginario a la manera de una escalera caracol. Esta disposición se denomina plectonémica. Escalones de la metafórica escalera serían los pares de bases unidas por puentes de hidrógeno.En el caso del ADN más frecuente, el de tipo B, el ancho de la doble hélice es de 20 Å (Å = Angstrom = 1/10.000.000 mm). Cada vuelta entera de la hélice tiene una longitud de 34 Å y la distancia entre dos pares de nucleótidos sucesivos es de 3,4 Å, de manera que se necesitan 10 pares de bases para completar un giro completo de la hélice. Asimismo, el sentido de giro se corresponde con el de las agujas del reloj (sentido horario).Los nucleótidos se unen mediante los fosfatos que conectan el carbono en la posición 5' de una pentosa con el carbono en la posición 3' de la adyacente. Estas uniones 5'-3' determinan la direccionalidad de las cadenas. La figura 3 nos permite advertir con claridad que la dirección del extremo 5' al extremo 3' de las dos cadenas complementarias es opuesta, antipolar o antiparalela.

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Puede observarse también la presencia de un surco mayor y un surco menor formados por los giros de la espiral plectonémica.

Unión complementaria de un par de bases G y C visto desde el extremo superior del eje vertical de la doble hélice. La conformación anti de las

pentosas es característica de las formas A y B del ADN. Las conformaciones anti de la C y syn de la G son características de la forma Z. Se señalan los

puntos por donde pasa el eje de la doble hélice en las formas A, B y Z.

El ADN presenta tres organizaciones espaciales diferentes, todas ellas con forma de hélice, a las que se ha denominado A, B y Z. En el caso de las bases complementarias G-C, por dónde pasa el eje imaginario de la hélice en cada uno de estos tres tipos de ADN. Como puede observarse, la ubicación del eje modifica la profundidad de los surcos mayor y menor. Esta misma figura nos ilustra acerca de cómo pueden situarse las pentosas de manera que los carbonos en posición 4' 'y 5' se orienten hacia el surco mayor (forma anti) o hacia el surco menor (forma syn). Estas orientaciones caracterizan a los distintos tipos de ADN, pues mientras las pentosas de las formas A y B se ubican según una modalidad anti, la forma Z presenta a la pentosa de la base C en posición anti y a la de la base G en posición syn, hecho que, como luego veremos, determina su forma peculiar. Por lo general, el ADN se presenta bajo la forma B, pero ya Watson y Crick observaron que en condiciones de moderada deshidratación podía adoptar la organización espacial A. En este caso se requieren 11 pares de bases para la ejecución de un giro completo de la hélice, lo cual determina una forma ligeramente "subenrollada" con respecto a la que presenta el tipo B. Asimismo, debido al desplazamiento de los pares de bases en relación al eje longitudinal de la hélice, el tipo A manifiesta una marcada diferencia entre sus surcos (el

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mayor es mucho más profundo que el menor), distinción que en el tipo B no resulta particularmente notable. El ADN de tipo Z, del que luego nos ocuparemos en detalle, se diferencia más de las formas A y B que éstas entre sí. Watson y Crick describieron el modelo de las formas A y B del ADN mediante la interpretación de fotografías de difracción de rayos X obtenidas de fibras de ADN nativo, es decir, extraído de células. Sin embargo, la magnitud de la información que puede obtenerse de este tipo de estudios es limitada, debido a que las fibras de ADN son extremadamente largas, no cristalizan y habitualmente presentan un cierto desorden estructural. El método, a lo sumo, permite establecer la estructura de un ADN promedio o estadístico, el cual no necesariamente representa la estructura de las diferentes regiones de ADN A o B existentes en la naturaleza. Cualquier variación local de estructura que pueda resultar de una secuencia particular de bases, pasará inadvertida al analizar la difracción de rayos X inducida por una larga fibra de ADN. Resulta claro, entonces, que los ADN A y B de Watson y Crick son macromoléculas "abstractas" que representan el promedio de un conjunto de variantes moleculares que se suceden a lo largo de la cadena. El análisis estructural de estas variantes sólo ha sido posible en los últimos años, gracias al advenimiento de métodos eficaces para sintetizar cadenas muy cortas de ADN que se denominan oligómeros. Estas cadenas poseen entre 4 y 24 pares de bases cuya secuencia ha sido predeterminada por el investigador. Los oligómeros cristalizan con facilidad y, por lo tanto, cuando se los somete a difracción de rayos X, proveen una información que permite la reconstrucción espacial fidedigna de su estructura. Si además se desea saber cómo sería la arquitectura de una larga fibra de ADN formada por un gran número de repeticiones del oligómero, pueden suministrarse los datos moleculares del mismo a una computadora, la cual se encarga de simular un modelo espacial con tantas repeticiones como se le ordene.

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Esquema indicativo de la manera en que dos cadenas complementarias de nucleótidos se unen y adoptan la forma de doble hélice típica de la macromolécula de ADN.

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5-PROPIEDADES DEL ADN

Entre las propiedades más importantes del ADN tenemos la desnaturalización, hipercromicidad, relajamiento y superenrrollamiento.

Desnaturalización: Al someter las disoluciones de la forma de doble hélice del ADN a pHs extremos, temperatura, disminución de la constante dieléctrica del medio acuoso por incorporación de alcoholes, cetonas etc.. y al exponerlo a la urea, amidas y otros solutos similares. Así disminuye la viscosidad de la disolución, la absorción luminosa aumenta, la rotación óptica se torna más negativa y la densidad de flotación aumenta. A este cambio físico es a lo que se le denomina desnaturalización y estos agentes deznaturalizantes del ADN son idénticos a los que inducen la desnaturalización de las proteínas globulares. Se debe tomar en cuenta que en la desnaturalización del ADN no se rompen enlaces covalentes, pero la estructura duplohelicoidal se desenrolla y se separa. Los puentes de hidrogeno entre los pares de bases y las interacciones del apilado entre las bases sucesivas, son los dos conjuntos de fuerzas responsables de mantener la estructura de doble hélice del ADN. Cuando cualquiera de estas fuerzas se interrumpe, la estructura duplohelicoidal nativa experimenta su transición a una forma con lazos al azar, denominada ADN desnaturalizado o monofilar.La desnaturalización de la molécula del ADN dúplex tiene dos etapas: En la primera, las dos hebras se desenrollan parcialmente pero permanecen unidas por lo menos mediante un corto segmento de la estructura duplohelicoidal con algunas bases complementarias todavía en registro. Los segmentos desenrollados de cada una de las hebras adoptan una conformación cambiante y al azar. En la segunda etapa, ambas hebras se separan por completo una de otra. Si en este estado se enfrían rápidamente, cada una de las hebras liberadas se dobla sobre si misma para formar unos segmentos duplohelicoidales intracaternarias.La desnaturalización de un ADN homogéneo es fácilmente reversible si el proceso de desenrollamiento no ha pasado de la primera etapa. Mientras un segmento duplohelicoidal esté unido a las dos hebras con los pares de bases en su sitio, los segmentos desplegados de las dos hebras volverán a enrrollarse espontáneamente reformando un dúplex completo cuando se haga descender la temperatura. De esta manera se produce instantáneamente un retorno a la conformación nativa, que es la de mínima energía libre. Sin embargo, si las dobles hebras se han separado por completo, la renaturalización se vuelve mucho más lenta.La fusión de un ADN duplohelicoidal homogéneo muestra una temperatura de transición muy precisa debido a la naturaleza cooperativa de las muchas interacciones sucesivas que tienen lugar, de suerte que cada una de las acciones recíprocas hace aumentar en gran manera la tendencia a que se efectúe la siguiente. En la desnaturalización del ADN los segmentos menos estables son los ricos en pares A-T y los primeros en abrirse.

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Hipercromicidad El efecto hipercrómico es el cambio físico más fácil de utilizar como medida de la desnaturalización del ADN e indica el incremento de la absorción luminosa observada a 260 nm. Este efecto se da gracias a la capacidad que tienen las bases púricas y pirimídinicas, así como sus correspondientes nucleótidos de absorber la luz ultravioleta a 260 nm. Sin embargo, la el ADN duplohelicoidal nativo absorbe mucha menos luz de la que podría predecirse por la suma de la luz absorbida por sus mononucleótidos constituyentes. Una vez desnaturalizado el ADN de doble hélice nativo por calefacción, se observa un gran incremento de la absorción lumínica a 260 nm que puede llegar a un 40% según la muestra. El porcentaje en incremento de absorción lumínica inducido por calentamiento esta en relación con su contenido en pares de bases A-T en cuanto mayor sea la cantidad de estos pares mayor será la absorción.La absorción lumínica, menos que aditiva, de las moléculas de ADN de doble hebra, que se denominan hipocromismo, se debe a las acciones interelectrónicos entre las bases apiladas de la estructura de doble hélice nativa, que hacen disminuir la cantidad de luz que puede absorber cada uno de los retos. Cuando se desordena la estructura duplohelocoidal, las bases se deshacinan y en esta forma, menos obstaculizada, absorben casi tanta luz como lo harían si se hallaran en forma de nucleótidos libres.

RELAJAMIENTO Y SUPERENROLLAMIENTOEste se produce cuando el ADN contiene más pares de bases que los normales de una doble hélice por unidad de longitud. Por lo tanto esta tiende a compensar o aliviar esta tensión torsional, retorciéndose en sentido opuesto o negativo. En algunos organismos como bacterias, bacteriófagos y numerosos virus animales que contienen ADN, los extremos de las moléculas de ADN se unen para crear un círculo cerrado sin término.Esto por supuesto no destruye la polaridad de las moléculas pero elimina todos los grupos libres hidroxilo y fosforilo 3` y 5`. En las formas relajadas o en los superenrollamientos existen círculos cerrados. Los superenrollados ocurren cuando una molécula cerrada es torcida alrededor de su propio eje o cuando una pieza lineal de ADN dúplex, cuyos extremos están fijos, es retorcida. Este proceso que requiere energía, coloca a la molécula bajo tensión y mientras mayor sea el número de superenrollamientos, más elevada será la tensión o torsión. Los superenrollamientos negativos se forman cuando una molécula de ADN es torcida en dirección contraria a las manecillas del reloj. Se dice que este ADN esta desenrollado. La energía necesaria para alcanzar este estado está, en cierto sentido, almacenada en los superenrollamientos. Por lo tanto. La transición a otra forma que requiera energía, es facilitada por el desenrollamiento. Una de estas transiciones es la separación de las tiras, el cual es un prerrequisito para la replicación y transcripción del ADN. Así el ADN superenrollado es una forma preferida en los sistemas biológicos. Las enzimas que catalizan los cambios topológicos del ADN se llaman topoisomerasas. Las topoisomerasas pueden relajar o insertar superenrollamientos. La mejor caracterizada es la girasa bacteriana, que induce superenrollamiento negativo en el ADN utilizando ATP como fuente de energía.

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6-REPLICACIÓN SEMICONSERVADORA DEL ADN

El modelo de la estructura del ADN propuesto por Watson y Crick, de dos cadenas de desoxirribonucleótidos unidos por puentes de hidrogeno entre bases complementarias, sugirió el mecanismo por el cual las cadenas de ADN podían copiarse.

Es posible visualizar dos mecanismos simples de replicación; uno conservativo, en el que la nueva molécula de ADN posee dos cadenas nuevas, o bien un mecanismo semiconservativo en el cual una cadena de ADN original se combina con una cadena hija recién sintetizada. Meselson y Stahl (1958) demostraron experimentalmente que el mecanismo semiconservativo era el correcto.En la replicación hay requerimientos necesarios iguales en todos los organismos: una sección de ADN por copiar, Magnesio++, los cuatro trifosfatos de desoxirribonucleótidos y una enzima, la ADN polimerasa.

En la replicación semiconservadora cada tira de la molécula completa se separa de su complemento durante la replicación, cada una sirve como molde sobre la cual se sintetiza una nueva cadena complementaria. Las dos moléculas hijas de ADN de doble tira recién formadas, contienen cada una, una de las tiras de la molécula original doble, pueden entonces ser distribuidas entre las dos células hijas. Cada célula hija contendrá moléculas de ADN con información idéntica a la que poseía la célula progenitora; aunque en estas células hijas, la molécula de ADN de la célula original sólo se ha semiconservado.

Esquema de la replicación semiconservadora.

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7-MECANISMOS DE RUPTURA Y REPARACIÓN DEL ADN

El principal mecanismo de ruptura es: el de la radiación ionizante. Aunque existe otro tipo de agentes que inducen la ruptura de la cadena, tales como: fuerzas de cizalla o de doblado, cambio de pH local (el cual produce pérdida de bases purínicas) y determinados agentes químicos del entorno pueden modificar una o más bases.En la radiación ionizante puede ser reparada por unión directa o por

recombinación. En general el daño causado por radiación ionizante y por

alquilación de las bases es reparado en parches cortos de escisión y resíntesis.

Al igual que los daños ocasionados por luz ultravioleta.

Existen tres tipos principales mecanismos de reparación:

1. La fotorreactivación enzimática, es todavía poco conocido. Este proceso se produce por iluminación de la célula con luz azul visible. Esta fotorreactivación requiere a una enzima específica, que se une al sitio defectuoso del ADN. La iluminación produce la absorción de energía lumínica por la enzima; la energía absorbida, de algún modo, provoca la ruptura de enlaces covalentes en la zona defectuosa de la monohebra. El proceso más corriente de la fotorreactivación consiste en la escisión del anillo ciclobutano anormal de un dímero de timina que libera dos restos de timina. De este modo, la luz visible puede utilizarse para reparar un ADN lesionado por luz ultravioleta.

2. Reparación por escisión, es independiente de la luz y por ello se denomina proceso de reparación oscuro, se efectúa gracias al concurso secuencial de cuatro actividades enzimáticas. Por ejemplo, si el defecto es un dímero de timina, es detectado por la actividad nucleásica 5´ 3´ de la DNA polimerosa I, que ejerce una función de patrulla y provoca una incisión en el costado 5´ del efecto. Entonces, el segmento defectuoso es sustituido por los pares de bases correctos, por la acción polimerásica de la DNA polimerasa I, la cual secciona o escinde al segmento defectuoso. Después, la nueva hebra se une por su extremo 3´ al extremo 5´ de la hebra remanente intacta, por la acción de la DNA ligasa. A este mecanismo se le ha denominado proceso de corte, remiendo, corte y soldadura.

3. Según el tercer tipo de proceso de reparación, un gran segmento de las hebras del DNA dúplex lesionado es sustituido por el correspondiente segmento intacto de otra molécula de DNA; en resumen, una parte del gen es remplazada por parte de otra molécula de DNA. Se le conoce como proceso de reparación por recombinación; constituye un caso especial de proceso genético general, en el cual los genes de un cromosoma se combinan covalentemente con otro cromosoma. La reparación por combinación tiene efecto por ejemplo después de una lesión de un cromosoma viral en la célula huésped.

La Xeroderma pigmentosum es una enfermedad genética poco frecuente en la que la piel se muestra anormalmente sensible al componente ultravioleta de la luz solar. Los individuos aquejados de ella muestran una tendencia a desarrollar cáncer de piel. J. E. Cleaver ha descubierto que esta enfermedad se debe a la deficiencia genética de una enzima que normalmente participa en la

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reparación por escisión de los dímeros de timina inducidos por la luz ultravioleta y que probablemente es la endonucleasa requerida para la primera incisión o corte. Se ha ideado una prueba para diagnosticar la Xeroderma pigmentosum, mediante el análisis in vitro de la capacidad de reparación de fibroblastos cutáneos cultivados. Entre otros estados patológicos genéticos humanos, en los que la reparación del DNA es defectuosa, se encuentra la enfermedad de Bloom, la anemia de falconi y la progeria, que origina la vejez prematura y la muerte. Una enfermedad genética similar de reparación del DNA en el ganado, denominada ojo de ganado o de res, conduce a una incidencia de cerca del 100% de cáncer.

8-MECANISMOS DE TRANSCRIPCIÓN

La ARN polimerasa es muy activa con los ADNs duplofilares nativos de varias procedencias, pero menos activa con los ADNs monofiliares o los desnaturalizados. Los ADN polímeros sintéticos tales como el poli-(dT), o el copolímero alternante poli-(dTC), que actúan también como patrones, sí bien con cierta perdida de fidelidad.En las condiciones intracelulares, la molécula del ARN polimerasa transcribe tan sólo una hebra del ADN dúplex. La holoenzima completa es capaz de reconocer y de unirse al ADN en sitios de iniciación específicos, que son estructuras de 10 o más restos ricos en bases pirimidínicas tales sitios de iniciación están muy separados en el ADN patrón. La presencia de la subunidad sigma es necesaria para mantener la holoenzima con la formación adecuada para poder unirse al sitio de inserción en el patrón de ADN. La unión de la polimerasa a su patrón va seguida de la separación de hebras del ADN y de un cambio en la conformación de la holoenzima. El primer nucleósido 5´-trifosfato, o nucleósido iniciador, que siempre es el ATP o el GTP, se fija a la polimerasa para formar el complejo de iniciación. El primer enlace internucleotidico se forma después de la captación del segundo nucleósido-5´-trfosfato, que generalmente es un nucleósido pirimidínico (UTP o CTP). Entonces se forma el primer enlace fosfodiéster por ataque nucleofílico del grupo 3´-hidroxilo de la purina-nucleósido-5´-trifosfato iniciador sobre el átomo de fósforo alfa del segundo nucleósido-trifosfato, y se elimina pirofosfato inorgánico procedente del segundo NTP.Se observa que en el primer (purínico)-nucleósido-5´trifosfato retiene su grupo 5´-trifosfato después de que se han incorporado el segundo y los subsiguientes restos nucleotídicos. Este grupo es, precisamente el que permite reconocer al extremo de iniciación, o 5´-terminal, de la molécula de ARN. Prolongación y terminación de las cadenas de ARN.

Una vez que se han unido los dos primeros nucleótidos, la prolongación de la cadena procede rápidamente, mientras progresa la transcripción en dirección 5 3 antiparalela a la hebra 3 5 del patrón ADN. Durante la prolongación, un segmento del recién construido ARN, forma transitoriamente un híbrido dúplex complementario ARN-ADN. Sin embargo, los dúplex híbridos ARN-ADN son mucho menos estables que los dúplex ADN-ADN; por lo tanto, la nueva cadena de ARN tiende a separarse del ADN en la horquilla de transcripción. Después de la incorporación de unos 10 restos nucleotídicos el

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factor alfa se disocia de la holoenzima rindiendo la enzima núcleo, el cual procede a seguir replicando al ADN patrón. Entonces, el factor alfa liberado queda asequible para iniciar una nueva cadena de ARN, operando con otra molécula de polimerasa núcleo.

La prolongación del ARN continúa a lo largo del ADN patrón hasta que la molécula de la polimerasa núcleo llega a una señal de terminación de la cadena. Las señales especificas de terminación son necesarias por que el ADN que se transcribe contiene muchos genes y, con frecuencia, es circular; sin una señal de terminación el ARN se seguiría formando indefinidamente.

Por otra parte, las diferentes clases de ARNs, tales como los tARNs y los rARNs, poseen longitudes de cadena completamente especificadas. La naturaleza precisa de las señales de terminación del ARN es desconocida, si bien se sabe que el ADN del bacteriófago, una de dichas señales es un tramo de restos U. Las proteínas p y k, que son auxiliares del ARN-polimerasa, pero que no forman parte de ella, participan en la terminación y en la liberación de la cadena de ARN.

Transcripción divergente. La cadena del ADN que se transcribe varía de un operón a otro a lo largo del cromosoma, es decir, pueden ocurrir intercambios de cadena. Se dice que cuando dos operones adyacentes uno del otro se transcribe de diferentes cadenas de ADN se produce una transcripción divergente. El arreglo de los promotores para tales operones de transcripción divergente es opuesto.

Transcripción en eucariotas. La maquinaria transcripcional de las eucariotas es mucho más compleja que la de las procariotas, tanto en términos de la estructura de las ARN polimerasas, como la variedad de las secuencias de ADN, elementos que influyen en la velocidad de transcripción. Una consideración importante es que en las eucariotas "superiores" sólo una pequeña proporción del genoma se expresa siempre como una secuencia de ARN. Una proporción considerable de genomas eucarioticos existen de manera permanente como cromatina altamente condensada (heterocromatina), la cual es transcripcionalmente inerte.

Las secuencias que se transcriben más laxamente. Además, se requieren proteínas accesorias específicas, llamadas factores de transcripción, para que ocurra la transcripción eficaz de toda clase de genes eucarióticos. A diferencia de los factores sigma bacterianos, los factores de transcripción eucarióticos no interacciona con el ARN polimerasa. Forman complejos estables con la cromatina antes de iniciarse la transcripción y actúan como reguladores positivos. Hasta la fecha no se les ha podido identificar.

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9-DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARN

   Hay tres tipos netamente diferenciados de ARN, tanto en su estructura

a) Diferencias estructurales

La estructura del ADN es de doble cadena,

lo que confiere una mayor protección a la

información contenida en él.

La estructura de los ARN es

monocatenaria aunque, puede presentarse

en forma lineal como el ARNm o en forma

plegada cruciforme como ARNt y ARNr

 

b) Diferencias en la composición

 

El ADN y ARN se diferencian en su

composición de pentosa, el ADN está

compuesto por desoxirribosa y el ARN por

ribosa.

También se diferencian en su composición

de bases., EL ADN está compuesto por

Adenosina, Timina Guanina y Citosina,

mientras que el ARN sustituye la Timina

por Uracilo. Su composición de bases es

Adenosina, Uracilo, Guanina y Citosina

 

c) Diferencias en la función

Respecto ala función de cada tipop de ácido nucleico, también hay diferencias. El DNA tiene como función almacener, conservar y transmitir la información genetica de células madres a hijas. El RNA tiene como función básica el articular los procesos de expresión de la información genética del DNA en la síntesis de proteinas.

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10-TIPOS DE ARN

Hay tres tipos netamente diferenciados de ARN, tanto en su estructura

como en su función, aunque hay algunos otros tipos de RNA en las células:

1.- ARN mensajero

   

ARN mensajero, consiste en una

secuencia de nucleótidos que

corresponde a la transcripción de un

trozo de DNA (gen). No obstante, esta

transcripción no es siempre un proceso

simple y directo. En secuencias que

contienen exones e intrones, el

transcrito primario sufre una

maduración durante la que se cortan

los intrones y se empalman los exones

(splicing).

Su función es la de transportar la

información genética del núcleo a los

ribosomas en que son transcritos.

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1.- ARN de tranferencia

     

Los ARN de transferencia, son

moléculas de ARN con estructura

cruciforme, encargados de leer el

código del ARNm en los ribosomas e

ir sintetizando la cadena de de

proteína a partir de los aminoácidos

que tiene asociados a su estructura.

  Existen tantos ARNt como

aminoácidos codificables. Cada ARNt

tiene en una parte de su estructura la

secuencia que codifica un

aminoácido (anticodón) que se unirá

al codón del ARNm. En la parte

opuesta tiene una parte diseñada

para unirse al

aminoácido que codifica el anticodón.

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3.- ARN ribosómico

ARN ribosómico, es un ARN estructural

que compone los ribosomas junto con

proteínas. Parece ser que tiene una

función de enzimática al facilitar las

interacciones para que el RNAm se

acomode en el ribosoma y sea leído por

los RNAts, y al mismo tiempo facilita la

interacción con proteínas enzimáticas

que posibilitan la formación de los

enlaces peptídicos

Los ribosomas procarioticos tienen

RNAr de tres tamaños 16S, 5S y 23S,

los eucarióticos tienen 4 tamaños 18S,

5S, 5.8S y 28S

El ARNr es el que contribuye a dar a los

ribosomas su forma acanalada, al

condicionar la posición de las proteínas,

posibilitando la unión a su estructura

del ARNm, de los ARNt  y de la

proteína que se está sintetizando.

Supone el 75% del RNA celular en

procariotas y el 50% en eucariotas.

 

4.- ARN nucleolar

 

   Las células eucariotas poseen RNA nucleolar (RNA heterogeneo

nucleolar) que son en realidad precursores del los RNAm maduros.

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5.- snRNPs

 

Las células eucariotas poseen también un grupo de moléculas de RNA

unidas a proteínas, denominadas ribonucleoproteínas pequeñas

nucleolares (snRNPs) que desempeñan un papel importante en el

proceso de síntesis de RNAm

11-INHIBIDORES DE LA SINTESIS DE DNA Y RNA.

Un inhibidor se puede definir como una molécula capaz se suspender

un proceso fisiológico ó psicológico, en este caso nos enfocamos en los

fisiológicos, especialmente en la síntesis del DNA y el RNA. Cada una tiene

propiedades ó características diferentes y su actuación varia por lo tanto. Una

clase la integran aquellos que interfieren en con la transcripción porque se

unen al patrón de DNA y modifican su estructura; los del otro tipo se unen a la

RNA-polimerasa e impiden su actividad.

Los inhibidores especificos para el DNA forman complejos no

covalentes con el, y dificultan su función como patrón. El más importante de

tales agentes es la actinomicina D, un antibiotico cuyo anillo de fenoxazona se

inserta entre dos pares de bases G y C, mientras que sus cadenas laterales

pentapeptídicas se unen mediante enlaces de hidrógeno a restos de G., la

actinomicina D no ejerce efecto alguno sobre la unión de la RNA-polimerasa

con el DNA, pero bloquea, preferentemente, la prolongación de la cadena.

Penetra en las células intactas, en las cuales puede inhibir la transcripción sin

afectar a otros aspectos del metabolismo celular. La replicación del DNA es

mucho menos sensible a la actinomicina D que la transcripción.

Otro agente que se une con el DNA es el bromuro de etidio, el cual

también parece que se inserta entre dos pares de bases sucesivos. A bajas

concentraciones del colorante, se une preferentemente al DNA circular

superenrollado, como el de las mitocondrias. La aflotoxina, es un carcinógeno

191

muy potente capaz de inducir cáncer hepático; inhibe tanto la replicación como

la transcripción de DNA.

Entre los agentes que actúan inhibiendo a la propia RNA-polimerasa

hay un grupo de antibióticos bacterianos llamados rifamicinas; son inhibidores

poderosos para algunos RNA bacterianos pero así para los RNA de la mayoría

de las Células eucariotas... el más utilizado de esta clase es la rifampicina, que

es un derivado de la rifampicina artificial, esta se liga mediante unión no

covalente a la subunidad beta de la RNA-polimerasa de algunas especies, y

bloquea la formación del complejo de iniciación sin afectar la prolongación de

RNA. Otro agente inhibidor es la estreptolidigina que esta bloquea la

elongación de la cadena del RNA. La alfa amanitina, bloquea una de las RNA-

polimerasa nucleares de las células eucarióticas pero no afecta a los RNA

polimerasa bacterianas, mitocondriales y cloroplásticas.

Es así como los inhibidores, tienen diferentes formas y diferentes

mecanismos de acción sobre la molécula que van a bloquear. Es de

importancia pues conocer donde actúa cada inhibidor y sobre que actúa en el

momento que nos encontremos frente a un agente patológico, para poder

acabar con el de manera correcta y rápida

192

12-TRANSCRIPCIÓN INVERSA.

En la actualidad se conocen varios virus de RNA que producen

enfermedades características cada uno. Estos se caracterizan por producir la

transformación permanente y heredable de ciertas células normales en células

malignas cancerígenas. En los primeros años de los 60, H. M. Temin postuló

que el RNA de estos virus que contienen genes cancerígenos tiene que ser

transcrito a la forma de DNA para incorporarse al genoma de la célula huésped

como una parte del mismo, permanente y heredable, posiblemente por la

acción de una DNA-polimerasa dirigida por el RNA del virus tumoral. Durante

mucho tiempo estas hipótesis se consideraban propias de alguien loco, o que

se encontraba contra del dogma central de la genética molecular, que

mantenía que la información se trasladaba del DNA al RNA y éste a la proteína.

Sin embargo, la hipótesis quedo finalmente demostrada llevando a cabo

experimentos con partículas de virus tumorales de RNA que contenían DNS-

polimerasa-RNA-dirigidas, también denominadas transcriptasas inversas. Estas

enzimas se parecen a las DNA-polimerasa DNA-dirigidas en el hecho de que

construyen DNA en dirección 5´ 3´, en que utilizan desoxiribonucleosido-5´-

trifosfatos como precursores y en que requieren a la vez, hebra patrón y

cebadora, que debe tener un hidroxilo 3´ libre terminal. Se han encontrado

transcriptasas inversas a partir de células tumorales malignos de RNA, así

como de pacientes con leucemia.

Sin embargo se han encontrado también transcriptasas inversas en

personas y animales considerados normales que no se encuentran infectados

por virus tumorales. La función de las DNA-polimerasas-RNA-dirigidas en las

células normales no se comprende; su presencia sugiere que la transcripción

de mensajes del RNA al DNA es un proceso normal, por ejemplo en la síntesis

de copias múltiples de ciertos genes. Este reconocimiento ha abierto nuevas

rutas de investigación en genética bioquímica.

193

Dogma Central de la

Biología Molecular

  

El dogma central de la biología molecular explica el flujo o procesamiento

de la información genética en la mayoría de los organismos conocidos. En

el dogma se distinguen tres etapas:

1.- La replicación, en la cual se copia el DNA progenitor en moléculas hijas

idénticas al DNA progenitor.

2.- La transcripción que es el proceso mediante el cual se transcribe o pasa

la información genética del DNA al RNAm, para ser llevado al lugar de

síntesis de las proteínas: los ribosomas.

3.- La Traducción es el proceso mediante el que el mensaje cifrado en el

idioma de los tripletes de bases (código genético) es descifrado por los

RNAt sintetizándose una proteína.

   En algunas bacterias y virus la información genética se almacena en

forma de RNA, y tienen la capacidad de sintetizar DNA a partir de RNA, por

ello, el dogma se ha modificado para incluir a estos organismos

contemplando el proceso de transcripción inversa

194

BIBLIOGRAFÍA

5-PROPIEDADESDEL ADN: Desnaturalización, hipercromicidad, relajamiento y

superenrollamiento.

Albert L. Lehninger

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

Ediciones Omega

Págs. 883-887 (Propiedades del ADN en disoluciones)

Robert K. Murray

Bioquímica de Harper 15ª Edición

Editorial manual moderno

Pág. 446 (Formas relajadas y superenrolladas)

6-ADN REPLICACIÓN SEMICONSERVADORA

Robert K. Murray

Bioquímica de Harper 15ª Edición

Editorial manual moderno

Págs. 446, 447 (Replicación)

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Bioquímica 2ª Edición

Editorial Interamericana. McGraw-Hill

Págs. 538, 539

www.biológiamolecular.gl.com

7-MECANISMOS DE RUPTURA Y REPARACIÓN DEL ADN

Robert K. Murray

Bioquímica de Harper 15ª Edición

Editorial manual moderno

Págs. 472, 473, 474 (ADN reparado por enzimas)

Albert L. Lehninger

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

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Págs. 925, 926 (Reparación del ADN)

8-MECANISMOS DE TRANSCRIPCIÓN

Albert L. Lehninger

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

195

Ediciones Omega

Págs. 929, 930 (Especificidad de patrón e iniciación de la transcripción)

Díaz Zagoya- Hikcs

Bioquímica 2ª Edición

Editorial Interamericana. McGraw-Hill Pág. 557 (Transcripción)

9- DIFERENCIAS DE ADN Y ARN

www.google.com/biologia molecular

Díaz Zagoya- Hikcs

Bioquímica 2ª Edición

Editorial Interamericana. McGraw-Hill

10-TIPOS DE ARN Y SU FUNCIÓN

www.google.com/biologia molecular

11-INHIBIDORES DE LA SINTESIS DE ADN Y ARN

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

Ediciones Omega Págs. 932, 933

12-TRANSCRIPCION REVERSA

www.google.com/biologia molecular

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

Ediciones Omega Págs. 927, 928

Rivera Nuñez Laura Karina

Resendez Velázquez Gabriel D.

Aguilar Esquivel Juan Esteban

UNIDAD VIIISÍNTESIS DE PROTEÍNAS Y CLAVE GENÉTICA

196

INTRODUCCIÓN Las letras A, G, T y C corresponden a los nucleótidos encontrados en el DNA. Están organizadas en palabras clave de tres letras llamadas codones y el conjunto de los codones constituye el código genético. Un ordenamiento lineal de codones (un gen) especifica la síntesis de varias moléculas de RNA, la mayor parte responsables de algún aspecto de la síntesis de proteínas. Este proceso se lleva a cabo en tres etapas principales: inicio, alargamiento y terminación. Es semejante a la replicación y transcripción de DNA en sus características generales y en el hecho de que también sigue la polaridad 5’ a 3’.

IMPORTANCIA BIOMÉDICA El código genético proporciona la base de la explicación en que los defectos de las proteínas pueden causar enfermedad y sirve para diagnosticar enfermedades genéticas. Además la fisiopatología de varias infecciones virales se relaciona con la capacidad de éstos de interrumpir la síntesis proteínica de la célula huésped. Muchos antibacterianos son efectivos porque interrumpen la síntesis proteínica en la célula invasora.

1. -FLUJO DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA (ADN, ARN Y PROTEÍNA)

El dogma central de la biología plantea que una molécula de DNA da como resultado una de RNA, la cual a su vez da como resultado una proteína:

DNA ---- RNA ---- Proteína

El ADN alberga la información genética, necesaria para que la célula sepa como realizar cada proceso celular. Sin embargo carece de actividad catalítica. Para que esos procesos tengan lugar esa información debe "traducirse" a moléculas que sí tengan actividad catalítica, las proteínas. Este proceso de transmisión de información consta de un paso intermedio, la transcripción: el ADN es copiado a ARN mensajero, que transporta esa información al citoplasma, que es donde radica en la célula la maquinaria de traducción.

Un gen es una parte de una molécula de DNA que codifica una molécula funcional de RNA. La molécula de RNA puede codificar la síntesis de un polipéptido determinado (mRNA) o ser tRNA, rRNA, snRNA o scRNA. La moléculas de RNA se sintetizan en el núcleo celular por transcripción de una hebra de DNA patrón en concordancia con las reglas del pareamiento de bases, la secuencia de nucleótidos del RNA es complementaria de la secuencia de la tira molde, y poseen la misma orientación direccional 5’a3’.

197

Secuencia de ADN: 3'... TACGCT...5'Secuencia de ARNm: 5'...UAGCGA...3'

En los procariotes hay una correspondencia lineal entre el gen, el RNA mensajero

(mRNA) transcrito del gen y el producto polipeptídico. En estos organismos los procesos de transcripción y la traducción están muy acoplados. Los ribosomas comienzan la traducción cerca del extremo 5´ de la hebra naciente de mARN poco tiempo después de que es extruido de la ARN polimerasa. Muchos de los mARNs procariontes son degradados enzimáticamente después de entre 1 y 3 minutos de su síntesis. En la mayoría de los mARNs el extremo 5´ es degradado antes de que se haya sintetizado el 3´.

En eucariontes la inducción de nuevas proteínas frecuentemente toma horas o días porque la transcripción se lleva en el núcleo y el mARN tiene que viajar al citoplasma en donde se lleva a cabo la traducción, por lo tanto este proceso es más complicado en estas células. Aquí la transcripción de genes es catalizada por enzimas RNA polimerasas. Existe una RNA polimerasa I, que cataliza la transcripción del r RNA (se localiza en el nucleolo), una RNA polimerasa II, que transcribe al mRNA y algunos pocos RNA pequeños (se localizan en la cromatina), y una RNA polimerasa III, que transcribe tRNA, rRNA y algunos RNA pequeños. En las células eucariontes la transcripción primaria, RNA nuclear heterogéneo (hnRNA), es de mayor tamaño que el RNA maduro. El hnRNA contiene regiones codificantes (exones) que formarán el RNA maduro y secuencias intercaladas largas no codificadoras (intrones) que separan a los exones, y solo los exones pasan a formar parte de la molécula de mRNA madura que es exportada al citoplasma. El hnRNA se procesa en el núcleo y los intrones, que a menudo constituyen una porción mayor del hnRNA que los exones, se retiran. A continuación, los exones se empalman para formar mRNA maduro, que se transporta al citoplasma, donde se traduce a proteína.

La célula debe poseer la maquinaria necesaria para traducir de manera precisa y

eficiente la información de la secuencia de nucleótidos de un mRNA, en la secuencia de aminoácidos de la correspondiente proteína específica. A este proceso se le denomina traducción. Las moléculas de mRNA no tienen, por sí mismas, afinidad para los aminoácidos y, por tanto, la traducción de la información de la secuencia de nucleótidos del mRNA en la secuencia de aminoácidos de una proteína requiere de una molécula adaptadora intermediaria. Esta molécula adaptadora debe reconocer una secuencia específica de nucleótidos y un aminoácido específico. Con la molécula adaptadora, la célula puede dirigir un aminoácido específico hacia la posición secuencial apropiada de una proteína como lo dicta la secuencia de nucleótidos del mRNA específico. Los grupos funcionales de los aminoácidos no se ponen en contacto con el molde de mRNA.

La enzima encargada de la síntesis de ARN a partir de templado de ADN. La ARN polimerasa fue descubierta independientemente en 1960 por Samuel Weiss y Jerard Hurwits. 

198

La reacción que cataliza consiste en: 

(ARN)n-residuos + NTP D (ARN)n-residuos + 1 + PPi. NTP: nucleósido trifosfato (ATP, CTP, GTP y UTP); posteriormente, el PPi se hidroliza 

Todas las células contienen a la ARN polimerasa. En procariontes esta enzima sintetiza todo el ARN excepto el necesario para el cebador en la replicación del ADN (esta reacción es catalizada por la primasa). Algunos bacteriófagos sintetizan una ARN polimerasa que solo sintetiza ARN específico del fago. En eucariontes hay 4 ó 5 ARN polimerasas diferentes que sintetizan diferentes tipo de ARNs.

2-CODONES, CLAVE DE LA SINTESIS PROTEICA

Cada aminoácido de la cadena peptídica está especificado por tres bases de nucleótidos. Estos tripletes se denominan codones o palabras del código. Cada conjunto de tres bases es leído en una secuencia lineal, sin que exista solapamiento entre las palabras del código. Como el ARN contiene cuatro bases diferentes, el número máximo de palabras de tres letras que se pueden formar es de 43, es decir, 64. de entre ellas, 61 se utilizan para especificar los 20 aminoácidos. Así, algunos aminoácidos son especificados por varias palabras diferentes; se dice que el código es degenerado. El código es universal en el sentido de que la mayoría de las palabras significan lo mismo en diferentes especies. Por lo tanto, el código genético está formado por tripletes, no presenta solapamiento y es degenerado y universal.

Así pues, codón es un término que define las palabras que utiliza el ADN para especificar el código genético. El ADN está compuesto por cuatro bases: guanina, adenosina, timina y citosina, las cuales codifican toda la información genética. Las palabras que se usan son de tres letras y están siempre compuestas por tres de esas cuatro bases y pueden traducirse en aminoácidos específicos que son las unidades que forman las proteínas. Así que un codón es la palabra de tres letras que especifica, bien sea el comienzo de una proteína, el final de una proteína o uno de los aminoácidos o unidades.

199

3. CARACTERISTICAS DEL CODIGO GENETICO (NO AMBIGUO, NO TRASLAPANTE, SIN PUNTUACIÓN, DEGENERADO Y UNIVERSAL)

Tres codones no cifran para aminoácidos específicos; estos han sido llamados CODONES SIN SENTIDO. Por lo menos dos de ellos son utilizados en la célula como señales de terminación; estas especifican donde detener la polimerización de los aminoácidos en la molécula de proteína. Los 61 codones restantes codifican para 20 aminoácidos. Así debe haber un “degeneración” en la clave genética; es decir varios codones deben cifrar para el mismo aminoácido. Algunos aminoácidos son codificados por varios codones. Un ejemplo de esto seria, seis codones diferentes especifican la serina. En general el tercer nucleótido en un codo es menos importante que los otros dos para determinar el aminoácido específico por ser incorporado y esto da cuenta de la mayor parte de la degeneración del código. El código genético no es “ambiguo” esto es, dado un codon especifico, solo un aminoácido esta determinado. El reconocimiento de codones específicos en el RNA m por la molécula adaptadora de RNAt depende de su región anticodón. Cada molécula de RNAt contiene una secuencia especifica, complementaria de un codón, que se llama su anticodón. Para un codon dado en el RNAm, sólo una única especie de molécula de RNAt posee el anticodón apropiado. Sin embargo, algunas moléculas de RNAt puede utilizar el anticodón para reconocer más de un codón. El código genético no se traslapa, además una vez que se comienza la lectura en un codón específico, no hay puntuación entre los codones y el mensaje es leído en una secuencia continua de tripletes de nucleótidos hasta que se alcanza un codón sin sentido. El código genético es universal, la frecuencia de uso de cada codón para aminoácidos varía considerablemente entre las especies y en los diferentes tejidos de una misma especie. Los cuadros del uso de los codones se están haciendo cada vez más exactos conforme aumenta la secuenciación de los genes.

200

4-ARNt PARA CADA UNO DE LOS 20 AMINOACIDOS

2da baseU C A G

1er base

U

UUU Fenilalanina UCU Serina UAU Tirosina UGU CisteinaUUC Fenilalanina UCC Serina UAC Tirosina UGC Cisteina

UUA Leucina UCA Serina UAA Ochre Stop2UGA Opal Stop2

UUG Leucina UCG Serina UAG Amber Stop2UGG Triptofano

C

CUU Leucina CCU Prolina CAU Histidina CGU Arginina

CUC Leucina CCC Prolina CAC Histidina CGC Arginina

CUA Leucina CCA Prolina CAA Glutamina CGA Arginina

CUG Leucina CCG Prolina CAG Glutamina CGG Arginina

A

AUU IsoleucinaACU Threonine AAU Asparagine AGU Serina

AUC IsoleucinaACC Threonine AAC Asparagine AGC Serina

AUA IsoleucinaACA Threonine AAA Lisina AGA Arginina

AUG Metionina 1 ACG Threonine AAG Lisina AGG Arginina

GGUU Valina GCU Alanina

GAU ácido Aspártico GGU Glicina

GUC Valina GCC Alanina GAC ácido Aspártico

GGC Glicina

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GUA Valina GCA AlaninaGAA ácido Glutámico GGA Glicina

GUG Valina GCG AlaninaGAG ácido Glutámico GGG Glicina

1 Codón de inicio de cadena2 Codones de terminación de cadena

5-MUTACIONES

Una mutación se refiere a cualquiera de los cambios en el fenotipo de un ser vivo, es decir cuando ocurren cambios en al secuencia de nucleótidos. El cambio inicial puede no ocurrir en la tira codificadora de la molécula de DNA de doble tira para ese gen, pero después de la replicación, las moléculas hijas de DNA con mutaciones en la tira codificadora, se segregarán y aparecerán en la población del organismo.

Algunas mutaciones se deben a sustitución de bases(cambios de bases individuales, mutaciones puntuales), y estos cambios pueden ser:

o Transiciones: Una pirimidina o una purina es cambiada por la otra purina o pirimidina según sea el caso.

o Transversiones: Cambios de una purina por cualquiera de las dos pirimidinas, o el cambio de una pirimidina por cualquiera de las dos purinas.

Las mutaciones por desplazamiento de marco se deben a supresión o inserción de nucleótidos en el gen. Cada una se refiere:

o Supresión: La delección de un solo nucleótido de la tira codificadora de un gen, daría como resultado un marco de lectura alterado en el RNAm. La maquinaria que traduce el RNAm no reconocería que estaba faltando una base, puesto que no hay puntuación en la lectura de los codones y resultaría una grave alteración en la secuencia de aminoácidos polimerizados. Puede haber una traducción alterada de RNAm distal a la delección del nucleótido individual y también la lectura del mensaje podría dar como resultado la aparición de un codón sin sentido y la producción de un polipéptido prematuramente terminado y mutilado cerca de su extremo carboxilo. Si 3 nucleótidos o múltiplos de 3 fueran suprimidos de un gen, el correspondiente mensajero proporcionaría, al ser traducido, una proteína en al cual faltaría el número correspondiente de aminoácidos. Si la delleción ocurre antes o dentro del codón de terminación normal (codón sin sentido), podría dar por resultado la lectura a través de una señal de terminación hasta que se encontrara otro codón sin sentido.

202

o Inserción: Las inserciones de 1, 2 o de no múltiplos de 3 nucleótidos en un gen, darán por resultado un RNAm en el cual el marco de lectura estará distorsionado después de la traducción y los mismos efectos que ocurren con las delecciones serán reflejados en la traducción del RNA m. Estos pueden ser secuencias alteradas de aminoácidos distales a la inserción, y la generación de un codón sin sentido en la inserción distal a ella, o quizá la lectura a travéz del codón de terminación normal. Por lo que después de una delección en un gen, una inserción puede restablecer el marco de lectura apropiado(o viceversa).

Principales sustancias mutágenos

Ciertos análogos de las bases, tales como el 5-bromouracilo y la 2-aminopurina se pueden incorporar al DNA. Originan transiciones como consecuencia de la alteración en el apareamiento de bases en el curso de su incorporación al DNA o en al subsiguiente proceso de replicación.

El 5-bromouracilo, es un análogo de la timina, se empareja normalmente con la adenina, y la forma enólica del 5-bromouracilo se empareja con la guanina, por lo que se originan las siguientes transiciones: AT GC.

La 2-aminopurina, se empareja con al timina y el tautómero normal de la 2-aminopurina puede formar un enlace de hidrógeno sencillo con la citosina. De aquí que la 2-aminopurina puede producir transiciones AT GC.

Otros mutágenos actúan modificando químicamente las bases del DNA, por ejemplo el ácido nitroso reacciona con las bases que contienen grupos aminos:

o la adenina se desamina oxidativamente a hipoxantina.o la citosina a uracilo.o la guanina a xantina.

Una clase diferente de mutación se produce por efecto de moléculas aromáticas planas tales como las acridinas. Estos compuestos se intercalan en al DNA, es decir, se deslizan entre parejas de bases adyacentes de la doble hélice del DNA. En consecuencia, favorece la inserción o delección de una o más parejas de bases. El efecto de estos mutágenos es alterar la estuctura de lectura, a menudo que se inserte o suprima un número de bases que sea múltiplo de 3.

203

6. SINTESIS PROTEÍNICA (ACTIVACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS, INICIACIÓN, ALARGAMIENTO Y TERMINACIÓN) PROCESAMIENTO POSTRADUCCIONAL.

Estas entidades particuladas sirven como maquinaria sobre la cual una secuencia de nucleótidos del RNAm es traducida en la secuencia de aminoácidos de la proteina especificada. La traducción del RNA m comienza cerca de su extremo 5’ con la formación del correspondiente amino terminal de la molécula de proteina. El mensaje es leído en dirección 5’ a 3’, concluyendo con la formación del extremo carboxilo. La transcripcion de un gen en el correspondiente RNA m o su precursor forma primero el extremo 5’ de la molécula de RNA. En los procariotas esto permite el comienzo de la traducción del RNA m antes de que la transcripción del gen esté completa. En las eucariota el proceso de transcripción es nuclear, la traducción del RNA m ocurre en el citoplasma.

*INICIACION La iniciación de la síntesis de proteínas requiere la selección de una molécula de RNA m para su traslación por un ribosoma. En este proceso interviene RNAt, RNAr, RNA m, y por lo menos diez factores de iniciación eucariota (e IF ). El inicio pude dividirse en cuatro etapas:1) disociación del ribosoma en sus subunidades 40s y 60s. 2) fijación de un complejo ternario formando por met-RNA, GTP Y e IF –2 al ribosoma para formar un complejo de preinicio; 3) union del RNA m con el complejo de inicio 40S y 4) combinación del complejo de inicio 40S con la subunidad 60S para formar el complejo de inicios 80S.

DISOCIACION RIBOSOMICA: Dos factores de iniciación, e IF-3 Y e IF-1A , se unen a la subunidad 40S. Esto favorece la disociación del ribosoma 80S en sus subuinades 40S y 60S e impide su reunión. La fijación de e IF -3 a la subunidad 60S también previene que se unan de nuevo.

FORMACION DE COMPLEJO DE PREINICIO 40S: El primer paso en este proceso comprende la fijación de GTP en el e IF-2.Luego este complejo binario se une a met- RNAt1, un RNAt especifico para unirse el codon de iniciación AUG. Este complejo binario se une a la subunidad ribosómica 40S, que se estabiliza al unirse con e IF-3 y e IF- 1 A.

FORMACION DEL COMPLEJO DE INICIACION 40S: Los extremos 5’ de la mayor parte de moléculas de RNA m en las células eucariota están coronadas o rematadas. Este remate de trifosfato de metil-guanosil facilita la fijación del RNA m al complejo de preinicio 40S. Una proteína fijadora del remate, e IF-4F, se une al remate o corona a través de una subunidades. Luego e IF-4 A y e IF-4B se une y es probable que reduzcan la estructura secundaria compleja del extremo 5’ del RNA m a través de sus actividades respectivas de ATPasa y helicasa. El e IF-3 es una proteína clave debido a que se une con gran afinidad tanto a RNA m y la subunidad ribosómica 40S. Después de la fijación del complejo de preinicio 40S al remate del RNA m y de la reducción (fusión) de la estructura secundaria próxima al extremo 5’ del RNA m el complejo recorre al RNA m en busca de un codon iniciación adecuado. Este es la mayor parte de

204

los AUG 5’ pero el codon de iniciación preciso es determinado por las llamadas secuencias “consenso “kozak que circundan al AUG.

FORMACION DEL COMPLEJO DE INICIO 80S: La union de la subunidad 80S y el complejo de inicio 40S comprende la hidrólisis del GTP adherido a e IF-2 por e IF-5.Esta reacción libera a los factores de inicio unidos al complejo de correspondiente 40S y la union rápida de la subunidades 40S y 60S para formar el ribosoma 80S. En este punto, Met-RNAt esta en el sitio P del ribosoma, listo para que comience el ciclo de alargamiento.

*ALARGAMIENTO El alargamiento es un proceso cíclico que comprende varios pasos catalizados por proteínas designadas factores de alargamiento.

ADHERENCIA DE AMINOACIL- RNAt AL SITIO A: En el ribosoma 80S completo formado durante el proceso de inicio el sitio A esta libre. La fijación del aminoacilo-RNAt apropiado en ese sitio requiere el reconocimiento del codón correcto. El factor de alargamiento Eef-1ª forma un complejo con GTP y el aminoacilo-RNAt entrante. En esta forma compleja el aminoacilo-RNAt puede entrar al sitio A con liberación de Eef-1 a y GDP y fosfato.

FORMACION DEL ENLACE PEPTIDICO: El grupo a amino del aminoacilo-RNA nuevo en el sitio A lleva a cabo un ataque nucleofílico sobre el grupo carboxílico esterificado del peptidilo-RNAt que ocupa el sitio P. Esta reacción es catalizada por un componente proteínico, peptidiltransferasa, de la subunidad ribosómica 60S. Debido a que el aminoácido del aminoacilo-RNAt ya está activado, no se requiere una fuente adicional de energía para esta reacción. El resultado es la adherencia de la cadena peptídico en crecimiento al RNAt en el sitio A.

TRASLOCACION: El factor de alargamiento 2 y GTP son responsables de la traslocación del peptidilo-RNAt recién formado en el sitio A al sitio P que había quedado vacío. El GTP, utilizados como fuente energética por e EF-2, se hidroliza a GDP y fosfato durante el proceso de traslocación. Al pasar el peptidilo-RNAt recién formado a su codón correspondiente en el sitio P, el sitio A queda libre para otro ciclo de reconocimiento de codón por el aminoacilo-RNAt apropiado y alargamiento. Al removerse la fracción peptidilo del RNAt en el sitio P, el RNAt desprendido se disocia con rapidez de ese sitio.La carga de la molécula de RNAt con un fragmento aminoacilo requiere la hidrólisis de un ATP a AMP, lo cual equivale a la hidrólisis de 2 ATP a 2ADP y 2 fosfatos. La entrada de aminoacilo-RNAt al sitio A causa la hidrólisis de un GTP a GDP. La traslocación del peptidilo-RNAt recién formado del sitio A al sitio P por e EF-2 también requiere la hidrólisis de un GTP a GDP y fosfato.

205

*TERMINACION:

Después de múltiples ciclos de alargamiento que culminan en la polimerización de los aminoácidos específicos en una molécula de proteínas, el codon sin sentido a terminal, del RNA m (UUA, UAG, UGA ) aparece en el sitio A. Los factores liberadores (e RF) son capaces de reconocer que una señal de terminación reside en el sitio A. El factor liberador conjuntamente con el GTP y la péptido y el RNAt que ocupa el sitio P. Así se adiciona una molécula de agua, en lugar de un aminoácido. Esta hidrólisis libera la proteína y el RNAt del sitio P. Después de la hidrólisis y la liberación, el ribosma 80S se disocia en sus subunidades 40S y 60S, las cuales son entonces recicladas. Luego el RNA m se desprende del ribosoma que a su vez se disocia en sus subunidades componentes 40S y 60S y puede comenzar otro ciclo.

*EL PROCESAMIENTO POSTRADUCCIONALES: Una proteína no es biológicamente activa hasta que se encuentra en una conformación específica o nativa, la cual esta determinada por la secuencia de aminoácidos. De esta manera el mensaje genético lineal o unidimensional, proveniente de la molécula de RNA, hasta que es sujeta a un procesamiento o a modificaciones covalentes.a)Todo los polipéptidos se inician con un residuo de N- formilmetionina en procariotas y de metionina en eucariotas. El grupo formilo, el residuo de metionina y residuo puede eliminarse por medio de enzimas específicas.b)Forman puentes disulfuro entre dos residuos de cisterna, que se forman por una reacción enzimática y se considera que protegen a la proteína de la desnaturalización.c) La fosforilación de los aminoácidos hidroxilados como son serina, treonina y tirosina. Esta reacción se lleva a cabo con enzimas específicas, formando fosfoserina, fosfotreonina y fosfotirosina. d) Algunos aminoácidos pueden hidroxilarse.e)Es posible que se añada residuos de ácido aspártico y glutámico.f) Las glucoproteínas se forman por la unión covalente de ciertos carbohidratos a residuos de asparagina, serina y treonina.g) Algunas proteínas son sintetizadas con un número mayor de aminoácidos y estos residuos pueden eliminarse con peptidasa.h) La adición de un grupo prostético es necesaria para la actividad biológicas .i) Algunos residuos de lisina puede ser metilados enzimáticamente, también algunos grupos carboxilo.

7. ANTIBIOTICOS QUE INHIBEN LA SINTESIS DE PROTEINAS .

El ribosoma bacteriano es más pequeño y tiene un complemento de RNA y de moléculas proteínicas diferentes y algo más sencillas. Esta diferencia ha sido explotada para propósito clínico, debido a que muchos antibióticos interactúan de manera específica con las proteínas de los ribosomas procarióticos inhibiendo así la síntesis de proteínas. Es una detención en el crecimiento o la muerte de la bacteria. Los más útiles antibióticos de esta clase por ejemplo tetraciclinas, lincocina, eritromicina y cloranfenico) no interactúan y por tanto no son tóxicos para organismos eucariotas.

206

Otros antibióticos inhiben las síntesis de proteínas en todos los ribosomas (puromicina) o solo en las células eucariotas (cicloheximida). La puromicina, es un análogo estructural del tirosinil-RNAt. La puromicina es incorporada a través del sitio A del ribosoma en la posición terminal carboxílica de un péptido, pero causa la liberación prematura del polipéptido. La puromicina, como análogo del tirosinil-RNAt, inhibe eficazmente la síntesis de proteínas.La toxina diftérica, una exotoxina de Corynebacterium diphtheriae infectada con un fago lisogénico específico, cataliza la ADP ribosilación del FA-2 en las células de mamíferos. Esta modificación inactiva al FA-2 y por ello inhiben específicamente la síntesis de proteínas.

4. ARNt para cada uno de los 20 aminoácidos.Existe por lo menos una especie de RNA de transferencia (tRNA) para cada uno de los 20 aminoácidos.

Las moléculas de tRNA tienen funciones y estructuras tridimensionales similares.

La función adaptadora de las moléculas de tRNA requiere de la carga de cada tRNA específico con su aminoácido específico. Puesto que no hay afinidad de los ácidos nucleicos para grupos funcionales específicos del aminoácido, este reconocimiento debe llevarse a cabo por una molécula de proteína capaz de reconocer tanto una molécula de tRNA específico hasta un aminoácido específico. Por lo menos 20 enzimas específicas se requieren para estas funciones de reconocimiento y para la adherencia apropiada de los 20 aminoácidos a las moléculas de tRNA específico. El proceso de reconocimiento y unión (carga) se realiza en pasos por una enzima para cada 1 de los 20 aminoácidos. Estas enzimas se llaman aminoacil-tRNA-sintetasas. Ellas forman un intermedio activado del complejo específico amino-acil-AMP-enzima; esta reconoce entonces, un tRNA específico al cual se adhiere la fracción aminoacil en la terminal 3’-hidroxiladenosina. El aminoácido permanece adherido a su tRNA específico en una unión éster hasta que se polimeriza en una posición específica en la fabricación de un percusor polipeptídico de una molécula de proteína.

El brazo timidina seudouridina-citidina (TC) interviene en la combinación del aminoacil-tRNA a la superficie ribosómica en el sitio de la síntesis de proteínas. El brazo D es uno de los sitios significativos para el reconocimiento apropiado de una especie dada de tRNA por la aminoacil-tRNAsintetasa correspondiente. El brazo aceptor, localizado en el extremo 3’-hidroxiladenosilo, es el sitio de adherencia del aminoácido específico.

La región del anticodón consiste en 7 nucleótidos y reconoce al codón de tres letras en el mRNA. La secuencia leída en la dirección 3’a5’ en esa asa anticodón consiste en una base variable-purina modificada-XYZ-pirimidina-pirimidina-5’. Esta dirección para leer el anticodón es 3’a5’, en tanto que el código genético se lee de 5’a3’, ya que las asas codón y anticodón de las moléculas del mRNA y t RNA son antiparalelas en su complementariedad.

La degeneración del código genético reside en su mayor parte en el último nucleótido de la tripleta codón, sugiriendo que el pareamiento de bases entre este último nucleótido y el nucleótido correspondiente del anticodón no es descrito. Este fenómeno se refiere como bamboleo; el pareamiento del codón y anticodón puede bambolearse en este sitio de pareamiento específico de nucleótido a nucleótido. Por ejemplo los dos codones para la arginina, AGA y

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AGG, se pueden unir al mismo codón que tiene uracilo en su extremo5’. De manera semejante, 3 codones para la glicina, GGU, GGC y GGA pueden formar un par de bases a partir de un anticodón CCI. La I es un nucleótido de inosina, otra de las bases peculiares que aparecen en las moléculas de tRNA.

El reconocimiento del codón por una molécula de tRNA no depende del aminoácido que esta unido a su terminal 3’-hidroxilo. Esto ha sido ingeniosamente demostrado cargando un tRNA específico para cisteína con cisteína marcada radioactivamente. Entonces, por medios químicos, el residuo ceseinilo fue alterado para generar una molécula tRNA específico para la cisteína, pero cargado, en cambio, con alanina. La transformación química de la fracción cisteinilo en alanilo no alteró la porción anticodón de la molécula de tRNA espec+ifico para la cisteína. Cuando esta alanil-tRNAcis se usó en la traducción de un mRNA de hemoglobina, se incorporó una alanina radiactiva a lo que normalmente era un sitio de cisteína en la molécula proteínica de hemoglobina. El experimento demostró que el derivado aminoacílico de una molécula de aminoacilo-tRNA no desempeña una función en el reconocimiento del codón. La fracción de aminoacilo nunca se pone en contacto con el molde de mRNA que contiene los codones.

O O

HOOC – HC – R Enz – Adenina- Ribosa – O – P - O – C - CH -R

H2 OH NH2

Enz-AMP-AAAminoácido AA (aminoácido activo)

Enzima (Enz)Aminoacil tRNA

sistetasa

tRNA TRNA-AA

AMP+Enz

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Formación de aminoacil-tRNA. Reacción en dos pasos que involucra a la enzima aminoacil-tRNA sintetasa, que conduce a la formación de aminoacil-tRNA. La primera reacción implica la formación de un complejo amp-aminoácido-enzima. Luego, este aminoácido activado se transfiere a la molécula correspondiente del tRNA. El AMP y la enzima se liberan y esta última puede utilizarse de nuevo.

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CODONES DE mRNA Y CODONES

CORRESPONDIENTESFirst Nucleotide

Second Nucleotide

U C A G

U pheylalnine

UUU UUC

Leucina

UUA

UUG

Serina

UCU UCC UCA

UCG

Tirosina

UAU UAC

stop

UAA

UAG

Cisteína

UGU UGC

stop

UGA

Triptófano

UGG

C Leucina

CUU CUC CUA

CUG

Prolina

CCU CCC CCA

CCG

Histidina

CAU CAC

Glutamina

CAA

CAG

Arginina

CGU CGC CGA

CGG

A Isoleucina

AUU AUC AUA

methionine/start

AUG

Trionina

ACU ACC ACA

ACG

Asparangina

AAU AAC

Lisisna

AAA

AAG

Serina

AGU AGC

Arginina

AGA

AGG

G

Valina

GUU GUC GUA

GUG

Alanina

GCU GCC GCA

GCG

Ácido aspártico

GAU GAC

glutamic acid

GAA

GAG

Glicina

GGU GGC GGA

GGG

BIBLIOGRAFÍABioquímica De Harper, 14ª edición, Pág.505

www. Prodigy.comAlbert L. Lehninger

Bioquímica de Lehninger 2ª Edición

Ediciones Omega pag. 476,477

Brenda Amaya Aguilar

Ma. Cncepción varela Gonzalez

Michelle Adriana Mejia Rosales

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