bioquimica segon parcial (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Veterinaria - 1º curso
Asignatura Bioquímica
Año del apunte 2014
Páginas 241
Fecha de subida 12/11/2014
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BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Molècules orgàniques d’estructura variada i relativament simple.
Es troben en els aliments naturals en concentracions molt baixes.
Són essencials per a mantenir la salut i el creixement normal.
Generalment no es poden sintetitzar (la majoria) i s’han d’ingerir amb la dieta; només podem sintetitzar és la vitamina B.
La seva carència provoca quadres patològics específics : Avitaminosis.
Causes de les avitaminosis • • • • Alimentació deficient o dietes desequilibrades.
Consum exclusiu d’aliments en conserva o cuinats a altes temperatures ( no són estables a temperatures elevades).
Absorció deficient a l’intestí (EX. Els alcohòlics tenen l’epiteli intestinal deteriorat i no les absorbeixen be).
Augment dels requeriments vitamínics en determinades circumstàncies (les embarassades necessiten més ingestió de vitamines sobretot àcid fòlic).
Duran el primer terç del segle XX un focus important d’investigació en la química fisiològica va ser la identificació de les vitamines, compostos essencials per a la salut dels essers humans i altres vertebrats que no poden ser sintetitzats per aquests animals, motiu pel qual han de ser obtinguts en la dieta. En els primers estudis nutricionals es van identificar dues classes generals d’aquests tipus de compostos: els que eren solubles en dissolvents orgànics apolars (vitamines liposolubles) i les que es podien extreure dels aliments amb dissolvents aquosos (vitamines hidrosolubles). Al final, el grup liposoluble es va resoldre en quatre grups de vitamines A, D, E, i K totes elles compostos isoprenoides sintetitzats per condensació de múltiples unitats d’isoprè. Dos d’ells (D i A) són precursors hormonals.
Isoprenoides Són compostos orgànics derivats de l’isoprè (2-metil-1,3-butadié) un hidrocarbur de 5 àtoms de carboni.
Precursors de coenzims No són tòxiques Hidrosolubles  Les quantitats emmagatzemades són petites Els excedents s'excreten per l'orina Liposolubles  Tenen funcions molt variades Hormones, pigments visuals Es poden emmagatzemar Algunes són tòxiques vitamina D 1 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Vitamina B1 (Tiamina) El pirofosfat de tiamina és el derivat de la vitamina B1 que actua com a cofactor.
Actua com a coenzim en reaccions de descarboxilació. La descarboxilació del piruvat es dona durant la fermentació alcohòlica i es catalitzada per la piruvat descarboxilasa.
2 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La seva carència provoca el beri-beri, una malaltia neurològica i cardiovascular.
Vitamina B2 La vitamina B2 forma part del FAD i del FMN (cofactor en les reaccions redox capaç d’agafar 2 protons i 2 electrons).
La part més important de la molècula és l’anell d’isoalloxazina.
Actuen com a coenzims en les reaccions d’oxidació reducció.
La seva deficiència provoca queilosis (lesió inflamatòria a la comissura labial, o en un racó de la boca) i dermatitis.
Vitamina B3 3 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Forma part del NAD+ i del NADP+.
Actuen com a coenzims en reaccions d’oxidació-reducció.
La seva carència provoca la pel·lagra (malaltia epitelial).
Biotina Transporta formes activades de CO2.
Actua com a coenzim en reaccions de carboxilació.
La formació del malonil CoA és l’etapa limitant en la síntesi d’àcids grassos.
Àcid pantotènic És un component del coenzim A.
El CoA actua com a transportador de grups acil (acetat).
4 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Àcid fòlic Actua com a transportador de fragments monocarbonats activats.
S’obté de la dieta o dels microorganismes de la flora intestinal.
El grup monocarbonat s’uneix al N5, N10 o als dos.
El grup monocarbonat pot estar en tres estats d’oxidació: metil, metilè i formil.
És essencial en la biosíntesi de les purines i de la pirimidina timina.
La seva deficiència provoca l’anèmia megaloblàstica ( eritròcits no es formen bé, més gran del normal).
Important per a la bona formació del tub neural.
El seu consum es recomana per reduir el risc d’espina bífida.
5 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Vitamina B12 (cobalamina) En mamífers només hi ha dues reaccions que necessiten la vitamina B12: • • Formació de metionina per metilació de la homocisteïna (metionina sintetasa).
Conversió de L-metilmalonil-CoA a succinil-CoA (Metilmalonil-CoA mutasa) La seva carència també provoca anèmia megaloblàstica.
Vitamina B6 Actua com a coenzim de molts enzims, particularment dels que catalitzen reaccions en les que hi participen aminoàcids.
6 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Vitamina C No actua com a coenzim.
És necessària per a mantenir activa la prolilhidroxilasa.
La seva deficiència provoca l’escorbut.
Formació de la 4-hidroxiprolina Són isoprenoides.
Vitamina A Te funcions hormonals i es fixa a receptors nuclears (àcid retinòic).
Actua com a pigment visual (retinal).
7 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Un dels símptomes de la seva deficiència és la ceguesa nocturna.
Alguns derivats s’utilitzen en el tractament de l’acne i la psoriasi.
Vitamina D Es forma a la pell a partir d’un derivat del colesterol.
La forma activa és l’1,25-Dihidroxicolecalciferol.
Implicada en l’homeostasi del calci i el fosfat.
Té funcions d’hormona.
Regula l’absorció de calci a l’intestí, els ronyons i la seva acumulació a os.
La seva deficiència provoca raquitisme en infants i l’osteomalàcia en adults.
Un excés pot provocar acumulació de calci als òrgans.
8 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Vitamina K Cofactor en la formació de l’àcid γ-carboxiglutàmic.
Necessària per a la correcta coagulació de la sang.
Vitamina E Es important en la prevenció de l’oxidació no enzimàtica dels components cel·lulars per l’oxigen molecular i els radicals lliures.
La deficiència provoca fragilitat a membranes cel·lulars d'eritròcits, neurones i músculs (anèmia hemolítica).
9 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Els glúcids són les molècules més abundants de la Terra. Cada any, la fotosíntesi converteix més de 100.000 milions de tones de CO2 i H2O en cel·lulosa i altres productes vegetals.
Són polihidroxialdèhids o cetona, o bé substancies associades a les qual la seva hidròlisi dona lloc a aquest compostos. Molts glúcids comuns, però no tots, posseeixen la formula (CH2O)n, alguns glúcids també contenen nitrogen, fòsfor o sofre.
Combustible i magatzem d’energia.
Components dels àcids nucleics.
Parets cellulars de bactèries Elements estructurals  Parets cellulars de plantes Teixit connectiu Adhesió cel·lular.
Lubricants.
Existeixen tres classes principals de glúcids: monosacàrids, oligosacàrids i polisacàrids. ( la paraula “sacàrid” prové del grec sakcharon, que significa “sucre”).
Els monosacàrids, o sucres polihidroxialdèhids o cetona.
simples, consisteixen en una sola unitat de Els oligosacàrids (disacàrids, trisacàrids, etc), consisteixen en cadenes curtes d’unitats de monosacàrids, o residus, units pels característics enllaços glicosídics.
El polisacàrids són polímers que contenen més de 20 unitats de monosacàrids.
Alguns polisacàrids consten de centenars o milions d’unitats de monosacàrids.
Els monosacàrids són sòlids incolors i cristal·lins, solubles en aigua i insolubles en dissolvents no polars. L’esquelet dels monosacàrids comuns consisteix en una cadena de carbonis no ramificada en la que tots els àtoms de carboni estan units per enllaços simples. En totes les formes de cadena oberta, un dels àtoms de carboni està unit a un àtom d’oxigen per un doble enllaç. Si el grup carbonil es troba en un extrem de la cadena hidrocarbonada, el monosacàrid és un aldehid i rep el nom d’aldosa; si el grup carbonil es troba en qualsevol altra posició, el monosacàrid és una cetona i rep el nom de cetosa.
10 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Tots els monosacàrids excepte la dihidroxiacetona contenen un més àtoms de carboni asimètrics (quirals) i, per tant, es troben en formes isomèriques òpticament actives. La aldosa més senzilla, el gliceraldehid, conté un centre quiral (l’àtom de carboni central) i té, per tant, dos isòmers òptics, o enantiòmers, diferents.
Per representar sobre el paper l’estructura tridimensional del sucres es solen emprar les formules de projecció de Fisher. Per convenció, en les formules de projecció de Fisher, els enllaços horitzontals es projecten cap a fora del paper, els enllaços verticals per darrera del pla del paper. En les formules de perspectiva, els enllaços representats com un triangle es projecten cap el lector, mentre que les línies discontinues apunten en sentit oposat.
Diastereoisòmers estereoisòmers que no són enantiòmers.
Numero de isòmers = 2n n=numero de centres quirals.
11 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Quan hi ha mes d’un C asimètric s’agafa com a referència el més allunyat del grup carbonil.
Els isòmers D són aquells que tenen el grup hidroxil sobre el carboni de referència a la dreta de la formula de projecció.
D-aldoses D-cetoses 12 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Quan dos sucres difereixen nomenés en la configuració al voltant d’un àtom de carboni, es denominen epímers; la D-glucosa i la D-manosa, que únicament difereixen en la estereoquímica en C-2, són epímers, com la Dglucosa i la D-galactosa (epímers en C-4).
Tots els monosacàrids amb 5 o més àtoms de carboni en la seva cadena solen trobar-se en solució aquosa en forma d’estructures cícliques (en anell), en les que el grup carbonil ha format un enllaç covalent amb l’oxigen d’un grup hidroxil que pertany a la mateixa cadena. A les formes cícliques es genera un nou carboni asimètric (carboni anomèric).
La D-glucosa es presenta en dissolució aquosa com un hemiacetal intramolecular en el qual el grup hidroxil lliure en C-5 ha reaccionat amb el C-1 aldehic, que es converteix en asimètric i dona lloc a dos estereoisòmers designats com α i β.
Aquests compostos cíclics de sis àtoms de carboni es denominen piranoses, perquè són similars al compost cíclic amb un anell de sis àtoms denominat pirà.
Els monosacàrids que es diferencien per la configuració del carboni anomèric s’anomenen anòmers.
La interconversió entre les formes α i β en solució aquosa s’anomena mutarotació.
Les aldohexoses també presenten formes cícliques amb anells de cinc àtoms que per la seva similitud amb el compost cíclic furà, format per un anell de cinc àtoms, es denominen furanoses.
La forma més estable de la fructosa en solució és l’anell furànic.
13 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Projeccions de Haworth Les formules de perspectiva de Haworth, s’utilitzen normalment per representar l’estereoquímica de les estructures cícliques dels monosacàrids. No obstant, l’anell de piranosa de sis membres no és en realitat pla, com podrien suggerir les perspectives de Haworth, sinó que tendeixen a assumir una de dues conformacions en “cadira”.
Les conformacions es poden interconvertir sense trencar cap enllaç.
Els substituents dels carbonis de l’anell poden ser axials, o equatorials, que es projecten quasi paral·lelament a l’eix vertical de l’anell, o equatorials que es projecten de mode aproximadament perpendicular amb respecte al mateix eix.
Normalment, els substituents en posició equatorial sofreixen menors impediments estèrics per part dels substituents propers i les conformacions en les que els substituents voluminosos es troben en posició equatorial estan afavorides.
Derivats de les hexoses importants en biologia Existeixen una sèrie de derivats en els que un grup hidroxil del compost original esta reemplaçat per altres substituents o bé un dels àtoms de carboni es troba oxidat en forma d’àcid carboxílic. En la glucosamina, el grup hidroxil en C-2 del compost original es troba reemplaçat per un grup amino. El grup amino quasi sempre està condensat com àcid acètic, com en el cas de la N-acetilglucosamina. Aquest derivat de la glucosamina forma part de molts polímers estructurals, entre els quals es troben els de la part de la cèl·lula bacteriana. Aquestes parets també contenen altre derivat de la glucosamina 14 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 l’àcid N-acetilmuràmic, en el qual l’àcid làctic esta unit mitjançant un enllaç èter amb l’oxigen en C-3 de la N-acetilglucosamina.
Quan el carboni carbonílic (aldehic) de la glucosa s’oxida per a formar un àcid carboxílic es produeix àcid glucònic; altres aldoses donen lloc a àcids aldònics.
L’oxidació del carboni de l’altre extrem de la cadena (el C-6) de glucosa, galactosa o manosa, dona lloc al corresponent àcid urònic.
A més d’aquests derivats de les hexoses s’ha de destacar un sucre acíclic de nou àtoms de carboni l’àcid Nacetilneuramínic (un àcid siàlic però que sovint s’anomena “àcid siàlic”, un derivat de la N-acetilmanosamina, que és un component de moltes glicoproteïnes i glicolípids d’animals.
Els disacàrids estan formats per dos monosacàrids units covalentment mitjançant un enllaç O-glicosídic, que es forma quan un grup hidroxil d’un sucre reacciona amb el carboni anomèric de l’altre.
Quan el carboni anomèric participa en l’enllaç glicosídic, el residu de sucre que el conté no pot adoptar la forma lineal, i per tant, es converteix en un sucre no reductor.
Al descriure disacàrids o polisacàrids, l’extrem de la cadena que conté el carboni anomèric lliure ( es a dir, aquell que no estableix un enllaç glicosídic) es sol conèixer com l’extrem no reductor.
15 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La majoria de glúcids naturals es troben en forma de polisacàrids, polímers de mitjana i elevada massa molecular. Els polisacàrids, denominats també glicans, difereixen entre si en la naturalesa de les seves unitats monomèriques repetitives, en la longitud de les seves cadenes, en els tipus d’enllaç que es formen entre les unitats i el grau de ramificació. Els homopolisacàrids contenen un únic tipus de monòmer; es heteropolisacàrids contenen dos o més tipus diferents.
Els polisacàrids no tenen un pes molecular definit 16 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Midó El midó conté dos tipus de polímers de glucosa, la amilosa i la amilopectina. El primer consisteix en dues cadenes llargues i no ramificades d’unitats de D-glucosa connectades per enllaç (α1-4). Aquestes tenen una massa molecular de uns pocs milers a més d’un milió. La amilopectina també posseeix una elevada massa molecular (fins a 100 milions), però està molt ramificada. Els enllaços glicosídics que uneixen residus successius de glucosa a les cadenes d’amilopectina són (α1-4); els punts de ramificació (cada 24 a 30 residus) són enllaços (α1-6).
És el sucre de reserva energètica en les plantes Glucogen El glucogen és el polisacàrid de reserva més important de les cèl·lules animals. Al igual que l’amilopectina, el glucogen és un polímer amb subunitats de glucosa unides per enllaç (α1-4) i amb ramificacions del tipus (α1-6), però el glucogen està més ramificat ( en promig, cada 8 a 12 residus) i és més compacte que el midó.
Els glucogen i el midó són trencats per l’α-amilasa 17 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Per quina raó la glucosa no s’emmagatzema en forma monomèrica? S’ha calculat que el glucogen emmagatzemat en els hepatòcits equival a una concentració de glucosa 0,4M. En canvi, la concentració real de glucogen, que es insoluble i contribueix poc a la osmolaritat del citosol, es d’aproximadament 0,01 µM. Si el citosol tingués una dissolució de glucosa 0,4 M, la osmolaritat de la cèl·lula seria perillosament elevada, el que provocaria l’entrada osmòtica d’aigua que podria provocar la ruptura de la cèl·lula. També es fa per mantenir una concentració baixa de glucosa a la cèl·lula i que aquesta pugui entrar a favor de gradient acoblada a un transportador d’entrada de sodi.
Cel·lulosa Els mamífers no tenen cel·lulases, excepte els remugants i els tèrmits que poden digerir la cel·lulosa per l’efecte de bacteris de la seva flora intestinal.
La quitina (que forma part de l’exosquelet dels artròpodes) és molt semblant a la cel·lulosa.
Glicosaminoglicans L’espai extracel·lular dels teixits dels animals multicel·lulars està ocupat per un material gelatinós, denominat matriu extracel·lular, que manté unides les cèl·lules i forma un medi porós per a la difusió de nutrients i oxigen cap a les cèl·lules individuals. La matriu extracel·lular esta composta per una complexa xarxa de molècules interconnectades d’heteropolisacàrids i proteïnes fibroses. Els glicosaminoglicans són una família de polímers lineals compostos per unitats repetides de disacàrids (N-acetilglucosamina o bé N-acetilgalactosamina). Almenys un dels sucres té grups negatius (carboxil o sulfat).
18 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Glicoconjugats Formats per un carbohidrat unit covalentment a un lípid o una proteïna.
Proteoglicans Proteïnes amb glicosaminoglicans units covalentment.
La massa del glicosaminoglicà predomina per sobre la de la proteïna.
Glicoproteïnes Proteïnes amb un o més oligosacàrids units covalentment.
El oligosacàrids són menys monòtons que els glicosaminoglicans.
La massa de la proteïna és la predominant.
Glicolípids Lípids de membrana on el cap polar és un oligosacàrid.
Proteoglicans Formats per una proteïna central que té units glicosaminoglicans.
Els glicosaminoglicans estan units a residus de serina.
Poden ser proteïnes integrals o solubles.
Formen part de la matriu extracel·lular.
Modulen el creixement cel·lular.
Agregats de proteoglicans 19 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Glucoproteïnes 20 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 21 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Definición El metabolismo consiste en una serie de reacciones químicas interconectadas que comienzan con una molécula en particular y la transforman en otra u otras moléculas según un esquema bien definido.
Conjunto de reacciones enzimáticas que ocurren en la célula con el objeto de: • • • Obtener energía de (nutrientes, luz solar,…) y poder reductor (sobretodo electrones “de alta energía” para poder sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas sencilla).
Convertir nutrientes en precursores biosintéticos (monómeros).
Biosintetizar y degradar macromoléculas (a partir de los precursores sencillos).
El metabolismo está constituido por muchas reacciones acopladas e interconectadas Las vías metabólicas se pueden clasificar en dos grandes grupos: (1) aquellas que convierten la energía en formas biológicamente útiles y (2) aquellas que precisan de un aporte energético para su funcionamiento. Aunque a menudo esta clasificación es imprecisa, es útil para el estudio del metabolismo.
Las reacciones que transforman combustibles en energía celular se denominan reacciones catabólicas o, con más frecuencia catabolismo.
Rutas catabólicas: Convierten las moléculas orgánicas complejas en productos sencillos. Se libera energía, que se conserva en moléculas transportadoras de energía química (ATP, NADH, NADPH y FADH2).
22 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 De carácter oxidativo: Combustibles (carbohidratos, grasas) catabolismo utilizable CO2 + H2O + Energía Aquellas reacciones que precisan energía, tales como las síntesis de glucosa.
grasas o DNA, se denominan reacciones anabólicas o anabolismo. Las formas utilizables de energía producidas en el catabolismo se utilizan en el anabolismo para regenerar estructuras complejas a partir de otras sencillas, o para lograr estados ricos en energía partiendo de otros pobres en energía.
Rutas anabólicas: Se sintetizan moléculas complejas a partir de precursores sencillos. Requieren una aportación energética, i también de electrones, que proviene normalmente de las moléculas transportadoras de energía química (ATP, NADH, NADPH y FADH2).
De carácter reductor: Energía utilizable + moléculas pequeñas anabolismo moléculas complejas Reacciones anfibólicas: pueden ser anabólicas o catabólicas según los requerimientos del organismo (pueden ser cíclicas), pero no se producen al mismo tiempo.
Las rutas biosintéticas y las degradativas son casi siempre diferentes, por razones energéticas y de regulación.
Fases del metabolismo Hans Krebs describió tres etapas en la generación de energía a partir de la oxidación de los alimentos.
En la primera etapa, las grandes moléculas de los alimentos se fragmentan hasta unidades más pequeñas. Este proceso es la digestión. Las proteínas se hidrolizan en aminoácidos, los polisacáridos hasta azucares sencillos (como la glucosa), y las grasas lo hacen hasta glicerol y ácidos grasos. Esta etapa es estrictamente de preparación: no se genera energía útil.
En la segunda etapa, estas numerosas moléculas pequeñas se degradan hasta unas pocas unidades simples que desempeñan un papel central en el metabolismo.
De hecho, la mayoría de ellas se convierten en el fragmento acetilo del acetil-CoA.
En esta etapa se genera algo de ATP, pero la cantidad es pequeña comparada con la que se obtiene en la tercera etapa.
En la tercera etapa, se produce ATP a partir de la oxidación completa del fragmento acetilo del acetil-CoA. La tercera etapa consta del ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs) y la fosforilación oxidativa, que son las vías finales comunes en la degradación de las moléculas combustibles. El acetil-CoA aporta fragmentos acetilo al ciclo de Krebs, en donde se oxidan completamente hasta CO2. El gradiente de protones que se genera a través de estas reacciones es utilizado para generar ATP.
23 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 I: fragmentación hasta monómeros II: degradación hasta unidades simples (p.e. acetil_CoA) III: Producción de ATP a partir de la oxidación completa del acetilo Las vías catabólicas son convergentes 24 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Las vías anabólicas son divergentes.
Estas reacciones comparten enzimas pero no son todas iguales.
La hidrólisis de ATP facilita el metabolismo mediante el cambio en el equilibrio de las reacciones acopladas Una vía debe cumplir al menos dos criterios: (1) las reacciones individuales deben ser específicas y (2) el conjunto de las reacciones que forman la vía debe ser termodinámicamente favorable.
En una reacción específica, a partir de los reactantes, solo se genera un producto o un conjunto de productos concretos.
Un hecho termodinámicamente importante es que el cambio de energía libre total para una serie de reacciones acopladas químicamente es igual a la suma de los cambios de energía libre de las etapas individuales.
Los cambios de energía libre para una serie de reacciones acopladas son aditivos: 25 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL Una reacción termodinámicamente desfavorable a la que esté acoplada: favorable puede impulsar una 2011/2012 reacción La conversión neta de A a B no se producirá hasta que [B]/[A] Acoplar la hidrólisis de ATP permite que A se convierta en B hasta que [B]/[A] La hidrólisis de ATP en condiciones estándar ha cambiado la relación de equilibrio entre B y A en un factor de 105 aprox. (108 en condiciones celulares).
8n La hidrólisis de n ATP cambia la relación de equilibrio productos y reactantes en un factor de 10 .
La oxidación de las moléculas carbonadas es una fuente de energía celular ATP: donador inmediato de energía libre. Cantidad total ≈ 100 g  rápido recambio.
Regeneración del ATP a partir del ADP: oxidación de las moléculas carbonadas (carbohidratos y ácidos grasos).
Energía libre de oxidación de compuestos monocarbonados La oxidación (pérdida de electrones) es a menudo sinónimo de deshidrogenación.
26 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fuentes frecuentes de energía: Transportadores activados de e- en la oxidación de combustibles En organismos aeróbicos el aceptor último de e- es el O2, pero la transferencia no es directa.
NAD+ /NADH + H+ (nicotinamida adenina dinucleótido): principal aceptor de een la oxidación de moléculas combustibles.
La nicotinamida, parte reactiva que acepta un ion H+ y 2 e- (=ión hidruro), deriva de la vitamina niacina (vit B3).
FAD/FADH2 (flavina adenina dinucleótido): la parte reactiva es derivada de la riboflavina (vit B2).
El FAD también puede aceptar 2 epero, a diferencia del NAD+, acepta 2 protones.
27 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Las formas reducidas de estos transportadores transfieren sus e- de alto potencial al O2.
Estructura del NAD+ Estructura del FAD Transportadores activados de e- para la biosíntesis reductora.
Se requieren e- de alto potencial puesto que los precursores están más oxidados que los productos.
28 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 NADP+ /NADPH + H+ (nicotinamida adenina dinucleótido): El 2’-hidroxilo del NAD+ está esterificado con un fosfato.
Transportadores activados de fragmentos de dos carbonos Los grupos acilo se unen al sulfhidrilo del CoA mediante un enlace tioéster.
El acetil-CoA tiene alto potencial de transferencia de grupos acetilo (reacción exergónica).
Generación de gradientes de iones El potencial electroquímico es un medio eficaz de almacenamiento de energía libre.
De hecho, el potencial electroquímico de los gradientes de iones a través de membrana, producidos en la oxidación de las moléculas combustibles, potencia, en último término, la mayor parte de la síntesis de ATP en las células. Los gradientes de protones generados en la oxidación de combustibles carbonados proporcionan más del 99% del ATP formado.
29 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La oxidación de los combustibles puede facilitar la formación de gradientes de protones por acción de bombas específicas. A su vez, los gradientes de protones pueden dirigir la síntesis de ATP cuando los protones fluyen a través de un enzima sintetizador de ATP.
“Sencillez” del metabolismo 1. Pequeño número de clases de reacciones Tipos de reacción Oxidación-reducción Formación de enlaces que precisan hidrólisis de ATP Isomerización Transferencia de grupos Hidrolisis Adición o eliminación de grupos funcionales Descripción Transferencia de electrones Formación de enlaces covalentes (p. ej.
Enlaces carbono-carbono) Reorganización de los átomos para formar isómeros Transferencia de grupos funcionales de una molécula a otra Ruptura de enlaces por adición de agua Adición de grupos funcionales a dobles enlaces o eliminación de los grupos para formar dobles enlaces 2. Existen combinaciones de diferentes tipos de reacciones que se conservan en diferentes vías metabólicas (p.e. oxidaciónhidrataciónoxidación).
3. Tienen mecanismos sencillos propios de reacciones orgánicas 4. Son relativamente pocas las que tienen importancia central en bioquímica (producción de energía y síntesis/degradación de componentes celulares).
30 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Niveles de regulación Necesidad de control riguroso y flexible.
1. Cantidad de determinados enzimas. Depende de la v de síntesis (transcripción* y traducción) y degradación.
2. Actividad catalítica de determinados enzimas.
a. Control alostérico reversible. La 1ª reacción en muchas vías está inhibida alostéricamente por el último producto de la vía (feed-back negativo).
b. Modificación covalente reversible.
c. Interacción proteína-proteína.
3. Disponibilidad de sustratos: accesibilidad, transporte entre compartimentos celulares, etc.
La coordinación de las relaciones metabólicas entre diferentes tejidos la realizan las hormonas.
Niveles de regulación: factores que afectan la actividad enzimática.
Regulación del flujo de una vía metabólica En cualquier vía metabólica encontramos dos tipos de reacciones: Cercanas al equilibrio (∆G≈0). Caracterizadas por:    Actividad enzimática relativamente alta, y Resultan fácilmente reversibles.
 pequeños cambios en [S] o [P] alteran el flujo 31 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Alejadas del equilibrio:    La actividad es relativamente baja.
Proporcionan direccionabilidad a la vía: el paso es irreversible, al menos mediante el mismo mecanismo.
Muy sensible al control alostérico del enzima.
Características de as reacciones que determinan el flujo de una vía: • • Alejadas del equilibrio [S]>>Km del enzima  saturación del enzima y la velocidad no depende de pequeñas fluctuaciones de la [S].
La carga energética de regula el metabolismo.
La carga energética puede oscilar entre 0 (todo AMP) y 1 (todo ATP), aunque en la célula se mantiene entre 0.8 y 0.95.
Rotura de enlaces covalentes Enlace covalente: consiste en la compartición de un par de electrones. El enlace se puede romper de dos maneras: • En rotura homolítica, cada átomo deja el enlace como un radical, llevándose uno de los electrones desparejados.
• En rotura heterolítica, (más común), uno de los átomos retiene ambos electrones. Las especies que se generan con más frecuencia cuando se rompen enlaces C-C y C-H son: Carboaniones, carbocationes e iones híbridos son altamente inestables.
32 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Clases de reacciones típicas del metabolismo 1. Oxidación-reducción. Transferencias de electrones. OXIDORREDUCTASAS En reacciones biosintéticas el NADPH actúa como agente reductor.
2. Formación de enlaces. Formación de enlaces a expensas de la energía libre obtenida de la hidrólisis del ATP. LIGASAS.
3. Isomerización. Reorganización de átomos en la molécula. Preparan la molécula para reacciones posteriores generando isómeros. ISOMERASAS.
33 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 4. Transferencia de grupos. Transferencias de grupos funcionales entre moléculas. TRANSFERASAS. P.e. de un grupo fosforilo desde el transportador activado ATP a la glucosa.
5. Hidrólisis. Rotura de enlaces mediante la adición de agua. HIDROLASAS.
6. Adición (o eliminación) de grupos funcionales para formar (o eliminar) un doble enlace. LIASAS.
34 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Reacción global de la glucolisis Glucosa + 2NAD+  2 piruvato + 2 NADH + H+ ∆G’º = -146 KJ/mol 2 ADP + pi  2 ATP + 2 H2O ∆G’º = +61 KJ/mol ∆G’º = -85 KJ/mol En la glucolisis se degrada una molécula de glucosa en una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente (que se dan en el citosol de la célula), dando dos moléculas del compuesto de tres carbonos piruvato. Durante la secuencia de reacciones de la glucolisis, parte de la energía libre cedida por la glucosa se conserva en forma de ATP y NADH. El piruvato se puede convertir posteriormente de forma anaeróbica en lactato (fermentación láctica) o etanol (fermentación alcohólica). En condiciones aeróbicas, el piruvato puede oxidarse completamente a CO2.
Al ser la glucosa un combustible valioso, ciertos productos metabólicos como el lactato y el piruvato, pueden recuperarse para sintetizar glucosa en el proceso de gluconeogénesis. Aunque la glucolisis y la gluconeogénesis tienen en común algunos enzimas, las dos vías no son sencillamente una la inversa de la otra.
Las dos vías están estrictamente reguladas, de forma simultáneamente en la misma célula de forma significativa.
que no se dan Fermentación: Es un término general que indica degradación anaeróbica (sin la presencia de O2) de la glucosa u otros nutrientes orgánicos para obtener energía en forma de ATP.
35 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Glucólisis: Posición central en el metabolismo • • • • Común en todas las células.
Principal fuente de energía (reserva, oxidación a piruvato o vía pentosasfosfato).
Intermediario de reacciones biosintéticas.
Proceso anaeróbico y citosólico.
La rotura de la glucosa, que tiene seis carbonos, en dos moléculas de piruvato (3 carbonos), tiene lugar a lo largo de diez pasos, constituyendo los cinco primeros la fase preparatoria (en algunos libros este paso lo dividen en dos) de la glucolisis.
El retorno energético tiene lugar en la fase de beneficios de la glucolisis. Gran parte de la energía conservada durante la fosforilación acoplada de dos moléculas de ADP a ATP. El rendimiento neto es de dos moléculas de ATP por molécula de glucosa utilizada, ya que se han invertido dos moléculas de ATP en la fase preparatoria de la glucolisis. También se conserva energía en la fase de beneficios mediante la formación de dos moléculas de NADH por molécula de glucosa.
10 Etapas: 36 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fase preparatoria Se invierten 2 ATP en la doble fosforilación de la glucosa, que se fracciona en 2 x 3C.
Fase de generación de ATP (fase de beneficios) 37 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • 2011/2012 El G-3-P pasa a Pyr.
Se producen 4 ATP (+2NADH) por glucosa.
La estrategia de estos pasos iniciales de la glicolisis es atrapar la glucosa dentro de la célula y formar un compuesto que pueda escindirse fácilmente en unidades fosforiladas de 3 carbonos.
1. Fosforilación de la Glucosa (activación) La glucosa entra en las células por medio de proteínas transportadoras especificas (las denominadas GLUT 1 a 5) y tiene un destino principal: fosforilarse mediante el ATP y formar glucosa 6-fosfato. Este paso es notorio por dos razones: • • (1) la glucosa 6-fosfato no puede difundirse a través de la membrana debido a que no es sustrato de los transportadores de glucosa.
(2) la adición del grupo fosforilo comienza a desestabilizar la glucosa, facilitando así su metabolismo posterior.
La transferencia del grupo fosforilo del ATP al grupo hidroxilo del carbono 6 está catalizada por la hexoquinasa.
Quinasas: Enzimas que catalizan la transferencia del grupo fosforilo terminal del ATP a algún nucleófilo aceptor. Son una subclase de transferasas.
La hexoquinasa necesita Mg2+ para su actividad, porque el verdadero sustrato del enzima no es el ATP4- sino el complejo MgATP2-. El Mg2+ apantalla las cargas negativas de los grupos fosforilo del ATP haciendo que el átomo de fosforo terminal sea una diana más fácil para el ataque nucleofílico por un –OH de la glucosa (más concretamente el que se encuentra en la posición C-6 en este caso). La hexoquinasa es una proteína citosólica soluble y se encuentra en todas las células de todos los organismos.
• • Transferencia de un grupo fosforilo desde el ATP (es una quinasa!) a una hexosa, en este caso glucosa.
Etapa irreversible.
38 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • • 2011/2012 La G 6-P no puede difundir a través de la membrana.
Hexoquinasa (HK, todas las células) Inhibida por G-6-P. Km≈0.1 mM.
[glucosa] en sangre Glucoquinasa (GK, en hígado) es un isoenzima de la HK. Km≈10 mM.
o No se inhibe por la G 6-P (deriva la glucosa a la síntesis de glucógeno) o En células β es un sensor de la [glucosa] Isoenzimas: Enzimas que catalizan la misma reacción pero que están codificadas por genes distintos.
2. Conversión de G-6-P a F-6-P (isomerización: aldosa cetosa) El paso siguiente de la glicolisis es la isomerización de la glucosa 6-fosfato a fructosa 6-fosfato. Recordemos que la fórmula de cadena abierta de la glucosa tiene un grupo aldehído en el carbono 1, mientras que la forma de cadena abierta de la fructosa tiene un grupo cetona en el carbono 2. La reacción es catalizada por la fosfoglucosa isomerasa (PGI). El enzima primero debe abrir el anillo de seis miembros de la glucosa 6-fosfato, catalizar la isomerización, y despues promover la formación de un anillo de cinco miembros de la fructosa 6-fosfato.
• • • Fosfoglucosa isomerasa (PGI).
Reacción reversible.
Facilita la fosforilación del C1 de la fructosa.
39 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 3. Fosforilación de la F-6-P en F-1,6-bisP A la etapa de isomerización le sigue una segunda etapa de fosforilación. La fructosa 6-fosfato se fosforila mediante el ATP hasta fructosa 1,6-bisfosfato (F-1,6-BP).
Esta reacción esta catalizada por la fosfofructoquinasa 1 (PFK-1), un enzima alostérico que marca el ritmo de la glicolisis. La reacción de la PFK-1 es prácticamente irreversible en las condiciones celulares y constituye el primer paso “comprometido” de la glicolisis.
El prefijo bis- en bisfosfato significa que dos grupos monofosfato están presentes de forma separada, mientras que el prefijo di- en difosfato significa que hay dos grupos fosfatos conectados por un enlace anhídrico.
• • • Reacción irreversible, requiere energía.
Principal punto de control de la vía: limita la velocidad de la vía.
Fosfofructoquinasa (PFK-1) Importante enzima regulado alostéricamente: o + AMP y F-2,6-bisP (generada en el hígado por la PFK-2 en respuesta a hormonas).
positivamente o - ATP y citrato. negativamente La PFK-1 es un enzima regulador, uno de los más complejos que se conocen. Es el punto principal de regulación de la glucolisis. La actividad de la PFK-1 aumenta siempre que se agota el suministro de ATP en las células o cuando existe un exceso de los productos de rotura del ATP, es decir ADP y AMP, especialmente el segundo. El enzima es inhibido siempre que la célula tenga mucho ATP y disponga de un buen suministro de otros combustibles, tales como ácidos grasos. En algunas células, la fructosa 2,6-bisfosfato, es un potente activador alostérico de la PFK-1.
PFK-2 tiene dos actividades: • • Fosfatasa en respuesta a glucagón Quinasa en respuesta a insulina 40 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 4. Escisión de la F-1,6-bisP en dos triosas (DHAP y GAP) La segunda etapa de la glicolisis comienza con la división de la fructosa 1,6bisfosfato en gliceraldéhido 3-fosfato (GAP) y dihidroxiacetona fosfato (DHAP).
Esta reacción que es fácilmente reversibles esta catalizada por la aldolasa. El nombre de este enzima deriva de la naturaleza de la reacción inversa, que es una condensación aldólica. El GAP se encuentra en la vía directa de la glicolisis, pero no la DHAP, a menos que exista una manera de convertir la DHAP a GAP, se perdería un fragmento de tres carbonos para generar ATP. Estos compuestos son isómeros que pueden interconvertirse fácilmente.
• • Etapa reversible.
Catalizado por la F-1,6-bisP Aldolasa (la reacción inversa es una condensación aldólica).
la aldosa rompe la fructosa 1,6 bifosfato, reversiblemente.
41 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 5. Isomerización cetosa-aldosa Solamente una de las dos triosas fosfato formadas por la aldolasa, el GAP, puede ser degradada directamente en los siguientes pasos de la glucolisis. El otro producto, la DHAP, es convertido rápida y reversiblemente en GAP por el quinto enzima de la secuencia glucolítica, la triosa fosfato isomerasa.
• • Etapa reversible. Triosa fosfato isomerasa (TIM).
El uso del GAP como sustrato en la siguiente reacción desplaza el equilibrio a la derecha.
Los pasos precedentes de la glicolisas han transformado una molecula de glucosa en dos moleculas de gliceraldehido 3-fosfato, pero aún no se ha extraido energía.
Por el contrario, hasta el momento se han consumido dos moleculas de ATP.
Llegamos ahora a una serie de pasos que recolectan parte de la energia contenida en el GAP.
6. Oxidación y fosforilación del G-3-P.
La reacción inicial de esta secuencia es la conversión del Gap en 1,3bisfosfoglicerato (1,3-BPG), reaccion catalizada por la gliceraldehido 3-fosfato deshidrogenasa. es el paso donde sacamos el NADH.
El 1,3-bisfosfoglicerato es un acilfosfato, es decir, un anhídrido mixto del ácido fosfórico y el carboxílico. Estos compuestos tienen un alto potencial de transferencia de fosforilo: uno de sus grupos fosforilo se transfiere al ADP durante los siguientes pasos de la glicolisis.
42 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La reaccion catalizada por la gliceraldehido 3- fosfato deshidrogenasa es realmente la suma de dos procesos: la oxidación del aldehido a un ácido carboxilico por el NAD+ y la union del ácido carboxilico con el ortofosfato para formar el producto acilfosfato.
• • Se genera poder reductor. GAD desHasa.
El 1,3-bisfosfoglicerato (1,3-BPG) es un compuesto rico en energía (alto potencial de transferencia del fosforilo).
7. Transferencia del grupo fosforilo al ATP El 1,3-bisfosfoglicerato es una molecula rica en energia con un potencial de tranferencia de fosforilos mayor que el ATP. Por ello el 1,3-BPG se puede utilizar para potenciar la sintesis de ATP a partir de ADP. La fosfoglicerato quinasa cataliza la transferencia del grupo fosforilo de 1,3-fosfoglicerato al ADP a partir del acilfosfato. Los productos son ATP y 3-fosfoglicerato.
A esta forma de producción del ATP se le denomina fosforilación a nivel de sustrato, porque el dador del fosfato 1,3-BPG, es un sustrato con un alto potencial de transferencia del grupo fosforilo, que es diferente del formado a través de gradientes ionicos.
• • • • Primera formación de ATP.
Fosfoglicerato quinasa Fosforilación a nivel de sustrato (diferente a la formación de gradientes iónicos): El 1,3-BPG tiene un elevado potencial de transferencia del grupo fosforilo.
43 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El 1-arseno-3-fosfoglicerato se hidroliza espontáneamente para dar 3fosfoglicerato, sin producir ATP.
• Así pues, el resultado neto de las reacciones catalizadas por la gliceraldehido 3fosfato deshidrogenasa y la fosforilasa quinasa es:    El gliceraldehído 3-fosfato, un aldehido, se oxida a 3-fosfoglicerato, un ácido carboxílico.
Al mismo tiempo el NAD+ se reduce a NADH.
Se forma ATP a partir de Pi y ADP a expensas de la energia de oxidación del carbono.
En esencia, la energia liberada durante la oxidación del gliceraldehido 3-fosfato a 3fosfoglicerato se retiene temporalmente como 1,3-BPG. Esta energia potencia la transferencia de un grupo fosforilo desde el 1,3-BPG al ADP para obtener ATP.
Como se han generado anteriormente dos moleculas de gliceraldehido 3-fosfato, ahora se generan dos molecula de ATP, que conpensan las dos moleculas de ATP consumidas en la primera etapa de la glicolisis.
8. Transferencia del grupo fosforilo del C3 a C2 Esta reacción consiste en un reordenamiento. La posición del grupo fosforilo se desplaza en la conversión de 3-fosfoglicerato en 2-fosfoglicerato, reacción catalizada por la fosfoglicerato mutasa.
Mutasa: Enzima que cataliza un cambio en la ubicación intramolecular de un grupo químico.
• • Isomeritzación catalizada por la fosfoglicerato mutasa.
Se produce un compuesto intermedio: glicerato-2,3-bisP a partir de un fosforilo de una His de la mutasa.
44 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 9. Deshidratación del 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP).
En la siguiente reacción por la deshidratación del 2-fosfoglicerato se forma un doble enlace y se crea un enol. La enolasa cataliza la formación de fosfoenolpiruvato (PEP). Esta reaccion de deshidratación eleva marcadamente el potencial de transferencia del grupo fosforilo. El enolfosfato tiene un elevado potencial de tranferencia del grupo fosforilo.
¿por qué tiene el PEP un potencial de transferencia del grupo fosforilo tan elevado? El grupo fosforilo atrapa la molecula en su forma enolica inestable. Cuando el grupo fosforilo se ha donado al ATP, el enol se convierte en una cetona más estable, denominada piruvato.
la enolasa quita agua • • • Catalizada por la enolasa.
Segunda reacción que genera un compuesto con alto potencial de transferencia del grupo fosforilo, despues del 1,3-BPG : el PEP tiene mayor potencial de transferencia del grupo fosforilo que el G-2-P.
La pérdida del H2O causa una redistribución intramolecular de la energia  ↑energía libre estándar para la hidrólisis del grupo fosforilo.
10. Transferencia del grupo fosforilo desde PEP al ADP.
IRREVERSIBLE Asi pues, la gran fuerza directriz de la conversión de enol a cetona proporciona al fosfoenolpiruvato su alto potencial de transferencia de su grupo fosforilo. De este modo, se forma piruvato y simultaneamente se genera ATP. La transferencia practicamente irreversible del grupo fosforilo desde el PEP hasta el ADP está catalizada por la piruvato quinasa.
Debido a que las moleculas de ATP consumidas en la producción de fructosa 1,6-bisfosfato han sida ya recuperadas, las dos moleculas de ATP producidas a partir del fosfoenolpiruvato son “ganancia neta”.
EL PIRUVATO TIENE 3 CARBONIOS, UNO REDUCIDO, UN GRUPO CETONA Y UN CARBOXILO.
45 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • • • 2011/2012 Segunda fosforilación a nivel de substrato gracias al enlace rico en energía del PEP.
Catalizada por la piruvato quinasa.
Irreversible en condiciones intracelulares.
Importante punto de regulación de la vía.
DE 1NADH + H obtenemos 2'5 ATP. de 1 FADH2 obtenemos 1'5 ATP.
exergonica es una enfermedad autoinmune que destroza las cel betapancreaticas.
es insulinodependiente.
como no tienes cel betap, no tienes insulina.
la tipo 2, es no insulinodependien se produce por resistencia a la accion de la insulina (gordos).
46 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El metabolismo anaeróbico solo produce 2ATP/glucosa << ≈30 ATP/glucosa de la oxidación completa hasta CO2.
Mayor consumo de glucosa para obtener la misma cantidad de ATP.
Cuando se dispone de oxígeno, los organismos oxidan totalmente el piruvato a CO2 y H2O. En ausencia de oxígeno, el piruvato puede convertirse en varias clases de moléculas reducidas. En algunas células (levaduras), se produce etanol y CO2. En otra (células musculares), tiene lugar la fermentación láctica en la cual el lactato es el único producto orgánico. En todos los procesos de fermentación el fin principal es regenerar el NAD+, de forma que pueda continuar la glucolisis.
En condiciones de hipoxia, el NADH generado en la glucólisis puede ser reoxidado por el O2.
• • • no no se regenera NAD+ no aceptor de e- para la oxidación de G-3-P STOP glucólisis.
lactato deshidrogenasa obtienes nadh, lo que permite volver a obtener nad pudiendo hacer mas glucolisis. es decir para reponer los nad+.
Sistemas de regeneración de NAD+ (fermentación): láctica y alcohólica.
ferm lactica.
en bacterias en el eritrocito porque Además de estas vías, el pyr también es precursor de otras reacciones anabólicas (p.e., por transaminación produce Ala).
no tiene mitocondrias 47 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 1. Fermentación láctica: el Pyr es el aceptor final de e-.
El lactato se forma normalmente a partir del piruvato en una serie de microorganismos en un proceso llamado fermentación láctica. La reacción también se produce en las células de los organismos superiores cuando la cantidad de oxigeno disponible es limitada, como ocurre en el musculo durante la actividad intensa. La reducción del piruvato por el NADH para formar lactato esta catalizada por la lactato deshidrogenasa.
En las fermentaciones el ratio H:C no varía entre la glucosa (12/6) y productos.
En tejidos animales con insuficiente oxígeno (músculo en activa contracción) o determinados tipos celulares (eritrocitos).
2. Fermentación alcohólica: en levaduras y otros microorganismos, en dos pasos.
La fermentación alcohólica tiene lugar en las levaduras y varias especies de bacterias. En las levaduras, el piruvato se descarboxila para formar acetaldehído, que posteriormente se reduce por el NADH para formar etanol. (En una reacción de descarboxilación, un ácido orgánico pierde un grupo carboxilo en forma de CO2).
Ausente en tejidos de vertebrados.
Requiere tiamina pirofosfato, un derivado de la tiamina (vit. B1).
necesitamos nad+ para seguir haciendo la glucolisis.
48 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Aunque la glucosa es el monosacárido más ampliamente utilizado, otros también son combustibles importantes. Consideremos ahora como dos azucares abundantes: la fructosa y la galactosa se canalizan hacia la vía glicolítica. No existen vías metabólicas propias para metabolizar la fructosa o la galactosa, de modo que la estrategia será convertir estos azucares en metabolitos de la glucosa.
• Los disacáridos han de ser hidrolizados a monosacáridos, por enzimas unidos a la superficie externa de las células del epitelio intestinal, para poder entrar en las células.
49 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • Monosacáridos abundantes: metabólicas propias.
fructosa y galactosa: no 2011/2012 tienen vías asi entra la galactosa la fructosa entra de 2 formas : por fructosa 1 fosfato o por fructosa 6 fosfato Entrada de diferentes azúcares en la glucólisis: fructosa La fructosa puede tomar una o dos vías para entrar en la vía glicolítica. La mayor parte de la fructosa ingerida se metaboliza en el hígado, utilizando la vía de la fructosa 1-fosfato.
El primer paso de esta vía es la fosforilación de la fructosa hasta fructosa-1-fosfato por la fructoquinasa. La fructosa 1fosfato se escinde el gliceraldéhido y dihidroxiacetona fosfato, un intermediario de la glicolisis. Esta escisión aldólica esta catalizada por una fructosa 1-fosfato aldolasa específica.
Entonces el gliceraldéhido se fosforila hasta gliceraldéhido-3-fosfato, un intermediario glicolítico por la triosa quinasa.
50 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 En hígado: metabolizada por la vía de la fructosa-1-P.
En otros tejidos la fructosa se fosforila hasta fructosa 6-fosfato por la hexoquinasa.
Entrada de diferentes azúcares en la glucólisis: galactosa La galactosa se convierte en glucosa 6-fosfato en cuatro reacciones. La primera reaccion es la fosforilacion de la galactosa a galactosa 1-fosfato por la accion de la galactoquinasa.
La galactosa 1-fosfato adquiere un grupo uridilo de la uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa), un intermediario en la sintesis de enlaces glicosidicos.
Los productos de esta reacción, catalizada por la gakactosa 1-fosfato uridiltransferasa, son la UDP-galactosa y la glucosa 1-fosfato. El componente galactosa, cuando esta unido al UDP, se epimeriza hasta glucosa. La UDPgalactosa 4-epimerasa invierte la configuración del grupo hidroxilo del carbono 4.
Por último, la glucosa 1-fosfato, formada a partir de la galacctosa, se isomeriza a glucosa 6-fosfato por acción de la fosfoglucomutasa.
51 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Reacciones irreversibles: funciones catalíticas y reguladoras (efectores alostéricos y modif. Covalente) inhibe Glucosa  G-6-P (HK) regulacion alosterica F-6-P  F-1,6-bisP (PFK1) modificacion covalente - atp, citrato. + AMP, F2,6BF PEP  Pyr (Pyr Quinasa) + F2,6BF regulacion de la transcripcion - atp, ala y el hecho de ser fosforilada • • Regulación del flujo glucolítico con objetivo de intentar mantener [ATP] cte.
y proveer de precursores para biosíntesis.
Se produce una regulación diferencial, según sea en músculo (consumidor de glucosa) o hígado (mantenedor homeóstasis del organismo).
Enzima clave: PFK-1 En hígado el ATP hace disminuir la afinidad por la F-6-P mientras que el AMP tiene efecto opuesto ↓ATP/AMP  ↑ glucólisis Los H+ inhiben PFK-1  evitan acidosis por exceso de lactato El citrato inhibe PFK-1, potenciando el efecto de inhibitorio del ATP.
Regulación de la glucólisis: PFK-1 y la F-2,6-BP 52 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Regulación de la glucólisis: HK La HK (primer enzima) se inhibe por el producto G-6-P Inactivación de la PFK-1 conduce a acumulación de G-6-P inhibición HK.
Isoforma específica de hígado (HK IV o GK): NO ES INHIBIDA POR G-6-P! La GK sólo fosforila glucosa cuando ésta es abundante, al tener 50 veces menos afinidad que la HK.
La función de la GK es suministrar G-6-P para la síntesis de glucógeno y formación de ác. grasos.
Regulación de la glucólisis: Pyr quinasa Produce ATP y Pyr.
Tetrámero de formas L (hígado) y M (músc. y cerebro) 53 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La forma L, pero no la M, es controlada por fosforilación. ↓*glucosa+ glucagón ↑ cAMP  PyrK-P  ↓ actividad PyrK Impide que el hígado consuma la escasa glucosa, cuando el cerebro y músculo la necesitan.
Regulación de la glucólisis 54 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Regulación de la fosfofructoquinasa hepática Visión esquemática del metabolismo de carbohidratos 55 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La mayor parte del ATP generado en el metabolismo proviene de la transformación aerobia de la glucosa. Este proceso comienza con la oxidación completa de los derivados de la glucosa hasta dióxido de carbono. Esta oxidación tiene lugar en una serie de reacciones denominadas ciclo del ácido cítrico, también conocido como ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs.
Esta es la vía final común para la oxidación de las moléculas energéticas: carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos. La mayoría de moléculas energéticas entran en el ciclo como acetil-coenzima A.
Marca el "centro" del sistema metabólico: representa la mayor parte de los hidratos de carbono, ácidos grasos y la oxidación de aminoácidos y genera numerosos precursores biosintéticos (aminoácidos, nucleótidos, colesterol, porfirinas, etc.).
Es anfibólica: opera tanto catabólicamente como anabólicamente.
La mayoría de las moléculas de combustible (C compuestos que son susceptibles de ser oxidados) entran en el ciclo como acetil coenzima A, el producto común de los hidratos de carbono, ácidos grasos y aminoácidos.
¿Cuál es el papel del ciclo del ácido cítrico en la transformación de las moléculas energéticas en ATP? El ciclo del ácido cítrico incluye una serie de reacciones de oxidación-reducción que conducen a la oxidación de un grupo acetilo hasta dos moléculas de dióxido de carbono. Esta oxidación genera electrones de alta energía que van a utilizarse para potenciar la síntesis de ATP. La función específica del ciclo de ácido cítrico es la producción de electrones de alta energía a partir de combustibles carbonados.
56 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 En condiciones anaeróbicas el piruvato es convertido en ácido láctico o etanol.
En condiciones aeróbicas, el piruvato es transportado hacia la mitocondria, donde será oxidativamente descarboxilado por el complejo piruvato deshidrogenasa (PDC) para formar acetil CoA.
Esta reacción irreversible es la conexión entre la glicolisis y el ciclo de Krebs.
La secuencia de reacciones del ciclo de Krebs tienen lugar en la matriz de la mitocondria.
En condiciones aerobias, el piruvato es transportado al interior de la mitocondria mediante una proteína transportadora específica, integrada en la membrana mitocondrial. En la matriz mitocondrial el piruvato sufre una descarboxilación oxidativa mediante el complejo piruvato deshidrogenasa (PDC) para dar acetil-CoA.
Estructura de la PDH El complejo piruvato deshidrogenasa es un complejo grande formado por tres tipos de enzimas altamente integrados (E1, E2 y E3). Estos complejos son enormes con masas moleculares del orden de 4 a 10 millones de daltons. Sus elaboradas estructuras permiten a los grupos viajar de un centro activo a otro, sujetos al centro de la estructura mediante enlaces.
57 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los complejos multienzimáticos son catalíticamente eficientes por: 1. La distancia entre sitios activos esta minimizada.
2. La canalización de los intermediarios metabólicos minimiza las reacciones secundarias.
3. Posibilidad de coordinar el control de todas las reacciones.
La red de reacciones del complejo piruvato deshidrogenasa La reacción precisa de la intervención de tres enzimas del complejo piruvato deshidrogenasa: 1. Piruvato deshidrogenasa (E1) 2. Dihidrolipoilo transacetilasa (E2) 3. Dihidrolipoilo deshidrogenasa (E3) Y de cinco coenzimas: 1. Tiamina pirofosfato (TPP), vitamina B1, requerida por E1.
2. Ácido lipoico (lipoamida cuando se une a una lisina de la enzima), requerido por E2.
3. FAD, dependiente de la vitamina B2, requerido por E3.
4. CoA, ácido pantoténico o pantotenato (vitamina B5), co-sustrato difusible.
58 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 5. NAD+, (niacina o dependiente vitamina B3), co-sustrato difusible.
La conversión del piruvato en acetil-CoA tiene lugar en tres etapas: descarboxilación, oxidación y transferencia del grupo acetilo resultante al CoA.
Estas etapas deben estar acopladas para conservar la energía libre derivada de la descarboxilación y permitir la formación de NADH y acetil-CoA.
Descarboxilación: El piruvato se combina con el TPP y es descarboxilado. Esta reacción esta catalizada por el componente piruvato deshidrogenasa (E1) del complejo multienzimático.
Esta adición va seguida por la descarboxilación del piruvato. El anillo del TPP cargado positivamente actúa como un sumidero de electrones que estabiliza la carga negativa que se transfiere al anillo en la descarboxilación. La protonación conduce al hidroxietil-TPP.
59 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Oxidación: El grupo hidroxietil unido al TPP se oxida para formar un grupo acetilo y acto seguido se transfiere a la lipoamida (un derivado del ácido lipoíco unido a la cadena lateral de una lisina en E2) Se observa que esta transferencia conduce a la formación de un enlace tioéster rico en energía.
En esta reacción el oxidante es el grupo disulfuro de la lipoamida, el cual se reduce a disulfhidrilo. El producto de esta reacción, también catalizada por el componente piruvato deshidrogenasa E1, es la acetil-lipoamida.
• E2 se inserta el brazo lipoyl-Lys del dominio lipoamida en el canal en E1.
Piruvato deshidrogenasa (E1): la transferencia del grupo acetil a lipoamida.
Formación del acetil-CoA: Se transfiere el grupo acetilo desde la acetil-lipoamida al CoA para formar acetil-CoA.
Esta reacción está catalizada por la dihidrolipoilo transacetilasa (E2). El enlace tioéster rico en energía se mantiene hasta la transferencia del grupo acetilo al CoA.
Se debe recordar que el CoA sirve de portador de muchos grupos acilos activados, de los cuales el acetilo es el más simple. En este momento ya se ha obtenido a partir del piruvato el acetil-CoA, el combustible para el ciclo de Krebs.
60 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El PDC no puede realizar otro ciclo catalítico hasta que la dihidrolipoamida sea oxidada a lipoamida. En la cuarta etapa, se regenera la forma oxidada de la lipoamida mediante la dihidrolipoilo deshidrogenasa (E3). Para ello transfiere dos electrones a un grupo prostético FAD del enzima y posteriormente al NAD+.
Esta transferencia de electrones del FAD al NAD+ es poco habitual, ya que lo normal es que el FAD reciba electrones del NADH. El potencial de transferencia de electrones del FAD esta modificado por su asociación con el enzima y esto le permite transferirlos al NAD+.
Hg y As (III) compuestos tóxicos debido a su capacidad de unirse covalentemente a grupos sulfhidrilos adyacentes inactivando las enzimas que contienen lipoamida (PDH y un deHasa-CG), deteniendo la respiración.
61 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 62 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El complejo piruvato deshidrogenasa La descarboxilación del piruvato es un paso irreversible en animales y la única vía en mamíferos (incapaces de reconvertir acetil-CoA en glucosa) para la síntesis de acetil-CoA desde piruvato ( ciclo de Krebs (oxidación a CO2) o  síntesis de lípidos).
Este complejo está situado en un punto crítico del metabolismo, por lo tanto la actividad del complejo piruvato deshidrogenasa está estrictamente regulada.
La reacción del complejo se inhibe mediante altas concentraciones de los productos de la reacción: el acetil-CoA inhibe al componente transacetilasa (E2) por unión directa, en tanto que el NADH inhibe la dihidrolipoilo deshidrogenasa (E3).
Concentraciones elevadas de NADH y de acetil-CoA informan al enzima que las necesidades energéticas de la célula han sido atendidas o que los ácidos grasos se están degradando para producir acetil-CoA y NADH (no es necesario piruvato  acetil-COA).
Esta inhibición tiene el efecto de ahorrar glucosa, ya que la mayor parte del piruvato procede de la glucosa a través de la glicolisis.
63 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • 2011/2012 Inhibición por productos: El NADH y el acetil-CoA compiten por los sitios de unión con el NAD+ y el CoA respectivamente.
Las altas proporciones de [NADH] / [NAD+] y [acetil-CoA] / [CoA] en las reacciones catalizadas por E2 y E3, son impulsadas hacia atrás.  E2 en la forma acetilada.  incapaz de aceptar el grupo hidroxietil del TP.
En los eucariotas, el método principal para su regulación consiste en la modificación covalente del componente piruvato deshidrogenasa.
La fosforilación mediante una quinasa especifica del componente piruvato deshidrogenasa (E1) desactiva el complejo. Mediante la acción de una fosfatasa específica se revierte la desactivación.
La quinasa está asociada al componente transacetilasa (E2). Para ver cómo trabaja esta regulación consideremos que el musculo entra en actividad después de un periodo de reposo: • • Reposo  No hay demanda significativa de energía  relaciones NADH/NAD+, acetil-CoA/CoA y ATP/ADP elevadas.
Alta relaciones  promueven la fosforilación  desactivación del complejo.
La piruvato deshidrogenasa se desactiva cuando la carga energética es elevada y los intermediarios biosintéticos son abundantes.
64 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • • 2011/2012 Ejercicio aumenta la concentración de ADP  glucosa se degrada y aumenta concentración de piruvato.
ADP y piruvato activan la deshidrogenasa al inhibir la quinasa la fosfatasa es estimulada por el Ca2+ (misma señal que estimula la contracción muscular).
Otros tejidos  hígado y tejido adiposo insulina estimula la fosfatasa, aumentando la conversión del piruvato a acetil-CoA.
Nota: activadores de la piruvato deshidrogenasa quinasa son inhibidores de la piruvato deshidrogenasa fosfatasa.
Carga energética elevada Carga energética baja Nicotinamida Adenina Dinucleótido (NAD+/NADH NADP+/NADPH) 65 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • • • • • • 2011/2012 NAD vinculados a deshidrogenasas, quitan dos átomos de hidrogeno de sus sustratos: uno se transfiere como ion hidruro (:H-), y el otro se libera en forma de H+ en el medio.
+H+ + 2e-  NADH Actúa como coenzima en reacciones redox (oxidoreductasas, deshidrogenasas o reductasas).
Grupo funcional: anillo de nicotinamida, acepta un hidruro del otro sustrato (2 e-y H +).
NAD por lo general funciona en las reacciones oxidativas (catabolismo).
NADPH es un agente reductor en las reacciones de reducción (anabolismo).
Regenera 2,5 ATP en el ciclo de Krebs + fosforilación oxidativa.
Flavina Adenina Dinucleótido (FAD/FADH2) • • • • • Tiene una fracción de riboflavina (vitamina B2), vinculado al grupo fosfato de un ADP.
Es un grupo prostético de la succinato deshidrogenasa complejo enzimático, permanentemente unido a la apoenzima.
Grupo funcional: anillo isoalloxantine. FAD se reduce a FADH2, cuando acepta 2 e-y H 2 +.
Absorción diferencial (quinona, semiquinona, hidroquinona / FMN o FAD).
Regenera 1,5 ATP en el ciclo de Krebs + fosforilación oxidativa.
66 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El ciclo de Krebs es una ingeniosa serie de reacciones en las que se oxida el grupo acetil de acetil-CoA a dos moléculas de CO2 de una manera que conserva la energía libre liberada para su utilización en la generación de ATP.
Esquema del ciclo de Krebs 67 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El ciclo del ácido cítrico comienza con la condensación de una unidad de cuatro carbonos, el oxalacetato, con una unidad de dos carbonos, el grupo acetilo del acetil-CoA. El oxalacetato reacciona con el acetil-CoA para dar citrato y CoA.
Esta reacción que es una condensación aldólica seguida de una hidrolisis, esta catalizada por la citrato sintasa. Primero el oxalacetato se condensa con el acetilCoA para dar citril-CoA, una molécula de alta energía porque contiene un enlace tioéster procedente del acetil-CoA. La hidrolisis del tioéster citril-CoA hasta citrato y CoA desplaza la reacción completa en el sentido de la síntesis de citrato.
Básicamente la hidrolisis del tioéster proporciona la energía necesaria para la síntesis de la nueva molécula a partir de sus dos precursores.
Debido a que la condensación del acetil-CoA y el oxalacetato inicia el ciclo, es muy importante que las reacciones colaterales sean mínimas. Para ello la citrato sintasa muestra una cinética secuencial ordenada: primero se une al oxalacetato y después el acetil-CoA. La razón de este procedimiento ordenado es que el oxalacetato induce en el enzima una profunda reorganización estructural que lleva a la creación de un centro de enlace para el acetil-CoA.
Así se evita la hidrolisis inútil del acetil-CoA (antes de que pueda unirse con el oxalacetato), ya que la citrato sintasa está bien diseñada para hidrolizar al citrilCoA.
¿Cómo se consigue esta discriminación? 1. El acetil-CoA no se une al enzima hasta que el oxalacetato no está preparado para la condensación.
2. Los residuos catalíticos para la hidrolisis del tioéster no están dispuestos adecuadamente hasta que se forma el citril-CoA.
En la siguiente reacción el citrato se isomeriza a isocitrato para permitir que la unidad de seis carbonos sufra una descarboxilación oxidativa. La isomerización del citrato se consigue mediante una etapa de deshidratación seguida por una hidratación. El resultado es un intercambio de un átomo de hidrogeno por un grupo hidroxilo. El enzima que cataliza ambas etapas se denomina aconitasa por que el cis-aconitato es el intermediario.
68 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La aconitasa es una ferro-sulfo proteína, o proteína con hierro no hemo. Contiene cuatro átomos de hierro que forman un complejo con cuatro sulfuros inorgánicos y tres átomos de azufre de cisteínas, dejando un átomo hierro libre para su unión con el citrato y luego con el isocitrato.
La siguiente es la primera reacción redox del ciclo. La descarboxilación oxidativa del isocitrato está catalizada por la isocitrato deshidrogenasa.
Isocitrato + NAD+  α-cetoglutarato + CO2 +NADH El intermediario de esta reacción es el oxalsuccinato, un β-cetoácido inestable.
Mientras está ligado al enzima, pierde CO2 para dar α-cetoglutarato.
La velocidad de formación del α-cetoglutarato es importante para determinar la velocidad media del ciclo. En esta oxidación se genera el primer portador de electrones de alta energía del ciclo (NADH).
La conversión del isocitrato en α-cetoglutarato va seguida de una segunda descarboxilación oxidativa: esta reacción produce succinil-CoA a partir de αcetoglutarato.
69 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esta reacción esta catalizada por el complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa una asociación organizada de tres clases de enzimas, homologa del complejo piruvato deshidrogenasa. De hecho, la descarboxilación oxidativa del α-cetoglutarato se parece mucho a la del piruvato, también un α-cetoácido.
A partir del succinil-CoA se genera un compuesto con alto potencial de transferencia de un grupo fosfato.
La ruptura del enlace tioéster del succinil-CoA se acopla a la fosforilación de un nucleósido difosfato de purina, normalmente GDP. Esta reacción está catalizada por la succinil-CoA sintetasa.
Esta es la única etapa del ciclo que proporciona directamente un enlace fosfato de alta energía. La formación del GTP a expensas del succinil-CoA es un ejemplo de fosforilación a nivel de sustrato.
La etapa final del ciclo es la regeneración del oxalacetato por la oxidación del succinato.
70 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El succinato se oxida a fumarato mediante la succinato deshidrogenasa. El aceptor de hidrógeno es el FAD en vez del NAD+, que se utiliza en otras tres reacciones del ciclo. En la succinato deshidrogenasa el anillo isoaloxazina del FAD está unido covalentemente a la cadena lateral de una histidina del enzima. El FAD es el aceptor de hidrogeno en esta reacción porque el cambio de energía libre es insuficiente para reducir el NAD+.
La succinato deshidrogenasa, que está formada por dos subunidades, difiere de los demás enzimas del ciclo del ácido cítrico en que es parte integrante de la membrana interna mitocondrial. De hecho, la succinato deshidrogenasa está unida a la cadena de transporte electrónico, cadena que constituye el nexo de unión entre el ciclo del ácido cítrico y la formación de ATP. El FADH2 producido por la oxidación del succinato no se disocia del enzima, sino que sus electrones se transfieren directamente a las agrupaciones Fe-S del enzima, que a su vez, pasan al coenzima Q.
La siguiente etapa del ciclo es la hidratación del fumarato para formar L-malato. La fumarasa cataliza una adición estereoespecífica en trans de un H+ y un OH-. El grupo OH se añade solamente a un lado del doble enlace del fumarato, por tanto solo se forma el isómero L del malato.
Finalmente, el malato se oxida para formar oxalacetato. Esta reacción está catalizada por la malato deshidrogenasa y de nuevo es el NAD+ el aceptor de hidrogeno.
Es de señalar que la energía libre estándar de esta reacción es notablemente positiva. La oxidación del malato resulta posible por la utilización de sus productos, oxalacetato por la citrato sintasa y NADH por la cadena de transporte de electrones.
71 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El ciclo de Krebs está controlado en varios puntos, los cuales son los enzimas alostéricos isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa.
1. Isocitrato deshidrogenasa: El enzima es estimulado alostéricamente por el ADP, el cual aumenta la afinidad del enzima por sus sustratos. La unión del isocitrato, NAD+, Mg2+ y ADP es mutuamente cooperativa. Por el contrario el ATP resulta inhibidor. El producto de la reacción, el NADH, inhibe a la isocitrato deshidrogenasa desplazando directamente al NAD+. El ATP también actúa como inhibidor. Es importante anotar también que varias etapas del ciclo requieren NAD+ o FAD, que sólo son abundantes cuando la carga energética es baja.
2. α-cetoglutarato deshidrogenasa: Algunos aspectos de su control son análogos a los del complejo piruvato deshidrogenasa. La α-cetoglutarato deshidrogenasa se inhibe mediante el succinil-CoA y el NADH, los productos de la reacción que cataliza. Además la α-cetoglutarato deshidrogenasa se inhibe por una carga energética alta. Por tanto, la velocidad del ciclo se reduce cuando la célula dispone de un alto nivel de ATP.
72 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El ciclo del ácido cítrico es una fuente de precursores biosintéticos Al ser el centro metabólico principal de la célula, el ciclo del ácido cítrico también suministra intermediarios para la biosíntesis. Por ejemplo, la mayoría de los átomos de carbono de las porfirinas provienen del succinil-CoA. Muchos aminoácidos derivan del α-cetoglutarato y del oxalacetato.
Un nivel mínimo de OAA se requiere a fin de que el ciclo funcione.
Los mamíferos carecen de las enzimas para la conversión neta de acetil-CoA en OAA o cualquier otro ciclo intermedio.
Piruvato carboxilasa (importante en la gluconeogénesis) sólo se activa en presencia de acetil-CoA (OAA cuando es necesario).
Carga de energía de alta: OAA se convierte en glucosa.
Carga de energía baja: OAA repone el ciclo de Krebs.
Reacción anaplerótica: conduce hacia una síntesis de o hacia una reposición de los componentes de la vía.
73 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • • • • 2011/2012 Presentes en las bacterias, levaduras y plantas.
Convierte 2C (acetilo) en 4c (succinato) permite que los organismos puedan subsistir con acetato u otros compuestos que producen acetil-CoA.
Elude los dos pasos de descarboxilación del ciclo de Krebs.
Dos acetil-CoA entran por vuelta del ciclo.
Los succinato generados pueden ser convertidos en glucosa por la combinación del ciclo de Krebs y la gluconeogénesis.
.
• • Vía activa en la germinación de las semillas (glioxisomas).
Los animales no pueden transformar los ácidos grasos (o los derivados acetil-CoA) en glucosa.
74 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 75 tenemos 4 complejos transmembrana y 2 complejos solubles: el primero se encuentra entre 1 y 3, se llama ubiquinona o coenzimaQ y el segundo se llama citocromo C 1,2,3,4 (entre el 3 y el 4).
esto esta en el espacio intermembranoso. estos complejos tiran protones al espacio inter.
el 1 tira 4. el 3 tira 4. el 4 tira 2. el 2 no tira ningun proton. generando energia que permite bombear protones disminuyendo el pH.
BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 el nadh + h entra en el complejo uno y sale nad+. el fadh2 entra en el complejo 2 (pasa el succinato a fumarato y le quita dos H)y sale fad.
el NADH+H+ bombea 10 protones.
el NADH no pasa por el 2. el fad no pasa por el 1.
y el FADH2 bombea 6.
por cada 4 protones obtenemos 1 ATP. por lo tanto el NADH da 2.5 ATP y el FADH2 da 1.5ATP. el ATP-sintetasa tiene 2 subunidades (F0-intermembrana- y F1 - forma el ATP a partir de ADP+P.
La cadena de transporte electrónico mitocondrial, que también se denomina sistema de transporte electrónico, es un conjunto de transportadores electrónicos situados en la membrana interna, que transfiere los electrones que proceden de las coenzimas reducidas hasta el oxígeno.
El NADH y FADH2 formados en la glucólisis, la oxidación de ácidos grasos, y el ciclo de Krebs son moléculas ricas en energía, porque cada uno contiene un par de e- que tiene un potencial de transferencia.
Durante la reducción de oxígeno molecular a agua una gran cantidad de energía libre es liberada, lo que puede ser usado para generar ATP.
Fosforilación oxidativa: es el proceso en el que el ATP se forma como resultado de la transferencia de e- desde el NADH o FADH2 al O2 (reduciéndolo H2O) por una serie de transportadores de electrones.
• • Este proceso mitocondrial es la principal fuente de ATP en los organismos aeróbicos.
Un proceso conceptual simple pero de compleja mecánica.
Teoría quimiosmótica  Peter Mitchell, 1961 premio Nobel de química en 1978 •      Flujo de electrones de NADH y FADH2 al O2 a través de complejos de proteínas situadas en la membrana mitocondrial interna.
Bombeo de protones (H+) fuera de la matriz. EMI Desigual distribución de protones (H+) generación de un gradiente de pH y un potencial de membrana eléctrica.
Creación de una fuerza proto-motriz se aprovecha para hacer un trabajo (generar ATP)  rendimiento 70%.
El ATP se sintetiza con el flujo de protones que vuelven a la matriz.
EN SITUACION DE HIPODIA NO HAY OXIGENO Y SE INHIBE TODO --> FERENTACION.
IV I III II F0 F1 76 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La conversión de la fuerza electromotriz en protomotriz se lleva a cabo por proteínas transportadoras de electrones que bombean protones: • • • NADH-Q oxidoreductasa complejo 1 (OXIDA EL NADH Y SE LOS DA AL COENCIMAQ) Q-citocromo C oxidoreductasa complejo 3 oxida el coencima q y se los da al citocromoC Citocromo C oxidasa complejo 4.
3 el dos es el succinatodeshidrogenasa Grandes complejos transmembrana que contienen múltiples centros de oxidaciónreducción (quinonas, flavinas, clústers hierro-azufre, los hemos y los iones de cobre).
LA fase final de la fosforilación oxidativa se lleva a cabo por la ATP sintasa, que es impulsada por el flujo de H + de vuelta a la matriz.
Los componentes de la ATP sintasa rotan como parte de su proceso catalítico.
Además de NAD y flavoproteínas, hay otros tres tipos de moléculas transportadoras de e – que realizan una función en la cadena respiratoria: 1. una quinona hidrofóbica (ubiquinona o coenzima Q). Es una benzoquinona liposoluble con una cadena lateral larga de isoprenoides.
a. libremente difusible dentro de la bicapa lipídica de la membrana interna mitocondrial.
b. puede actuar en la unión entre un donante de dos e- y un receptor de un e-.
77 a parte de unir electrones, une dos protones. ubiquinona esta totalmente reducida, semi tiene un proton y un electron. ubiquinol tiene dos protones (oxidada) BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 2. citocromos, con fuerte absorción de luz visible, debido a sus grupos prostéticos hemo que contienen hierro.
3. proteínas hierro-azufre, un tipo distinto de hierro que contienen las proteínas: el hierro se encuentra en asociación con los átomos de azufre inorgánico o con los átomos de azufre de los residuos de Cys en la proteína, o ambas cosas.
• Todas las proteínas Fe-S participan en transferencias de 1 e- en las que un átomo de hierro se oxida o se reduce.
estilo de FAD 78 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Flujo de electrones en el Complejo I (NADH-Q reductasa) El complejo I cataliza la transferencia de electrones desde el NADH a la ubiquinona (UQ). Formado al menos por 25 polipéptidos diferentes, el complejo I es el componente proteico más grande de la membrana interna. Además de una molécula de FMN, el complejo contiene varios centros (clústers) hierro-azufre. Estos centros pueden constar de dos o cuatro átomos de hierro formando complejo con un número igual de iones sulfuro, que hacen de intermediarios en las reacciones de transferencia de un electrón.
tenemos un NADH y le quitamos 2e y se los pasa a FMN que se los pasa al grupo ferrosulfatado que e lo pasa al coencima q que ademas pilla 2 protones y con esto se consigue bombear 4 protones al espacio intermembrana.
Aunque la estructura y función del complejo I no se conocen aún muy bien, se cree que el NADH reduce al FMN a FMNH2. A continuación se transfieren los electrones de uno en uno desde el FMNH2 a un centro hierro-azufre. Tras la transferencia de un centro hierro-azufre a otro, los electrones finalmente se ceden a la ubiquinona.
El transporte de electrones va acompañado por el movimiento de protones (4 protones/NADH) desde la matriz a través de la membrana interna al interior del espacio intermembrana.
79 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL Complejo II (succinato deshidrogenasa) 2011/2012 NO BOMBEA NINGUN PROTON Consta principalmente de la enzima del ciclo del ácido cítrico succinato deshidrogenasa y dos proteínas hierro-azufre. El complejo II participa en la transferencia de electrones desde el succinato a la UQ. El lugar de oxidación del succinato se encuentra en la proteína hierro-azufre más grande. Esta molécula también tiene un FAD unido covalentemente, que cede electrones a la UQ.
tienes succinato y pasas a fumarato dando dos protones al fad que se los pasa al fe-s que le pasa al q (ubiquinona). esta es la via normal del fad.
pero tiene otras vias como la del glicerol3fosfato.
las lanzaderas permiten pasar el nadh citosolico a nadh mitocondrial pero este nadh citosolico puede usar dos lanzaderas diferentes: la del malatoaspartato y la del glicerol3fosfato (le pasa los protones al fad). esto es el nadh generado de la glucolisis. y el de la boxidacion 80 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El FAD oxidado por este complejo tiene menos poder reductor debido a que se incorpora más tarde a la cadena. Cada NAD aporta 10 electrones a la cadena frente a los 8 que aporta el FAD. El complejo succinato-Q reductasa a diferencia de la NADH-Q oxidoreductasa no transporta protones. Consecuentemente se forma menos ATP a partir de la oxidación del FADH2.
Otros enzimas como la glicerol fosfato dehidrogenasa y la acil-CoA deshidrogenasa de ácidos grasos, transfieren de forma similar sus electrones de alto potencial desde el FADH2 a la UQ para formar ubiquinol. Estos enzimas oxidan respectivamente glicerol y grasas, suministrando electrones para la fosforilación oxidativa. Estos enzimas tampoco bombean protones.
Complejo III (Ubiquinona-citocromo C oxidoreductasa) Transfiere los electrones desde la coenzima Q reducida (UQH2) al citocromo C. Al complejo III se le denomina complejo citocromo bc, ya que contiene dos citocromos b, un citocromo c1 y un centro hierro-azufre. Los citocromos son un conjunto de proteínas de transporte de electrones que contienen un grupo prostético hemo semejante a los de la hemoglobina y mioglobina. Los electrones se transfieren de uno en uno y se reduce de forma reversible un átomo de hierro oxidado (Fe3+) a Fe2+. El movimiento de electrones desde la UQH2 al citocromo C es un proceso complejo de varios pasos. Debido a que la UQ es liposoluble, difunde dentro de la membrana interna entre los donadores de electrones de los complejos I y II y el aceptor de electrones el complejo III. La transferencia de electrones comienza con la oxidación de la UQH2 por la proteína hierro-azufre del complejo III, que genera la ubisemiquinona (UQH*). Posteriormente, la proteína hierro-azufre reducida transfiere un electrón al cit C1, el cual lo transfiere luego al citocromo C. Con esta transferencia en el lado citoplasmático de la membrana interna se liberan cuatro protones.
81 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Citocromo reductasa Complejo IV (citocromo oxidasa) Es un complejo proteico que cataliza la reducción de cuatro electrones del O2 para formar H2O. El complejo que atraviesa la membrana en los mamíferos puede contener entre seis y trece subunidades, dependiendo de las especies. Puede contener dos átomos de cobre, además de los átomos de hierro del hemo de los citocromos a y a3. El citocromo C, una proteína que está unida débilmente a la membrana interna sobre su superficie externa, transfiere los electrones de uno en uno al cit a y al CuA. Los electrones se ceden a continuación al cit a3 y al Cua, lo que se produce en el lado de la matriz (interno) de la membrana. Esta lanzadera de electrones permite que se cedan a la molécula de dioxígeno unida al cit a3-Fe2+. Se forman dos moléculas de agua que abandonan el lugar.
82 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Resumen complex2 : succinato --> fumarato dos son de los que estan unidos a la ubiquinona y los otros dos son de la matriz mitocondrial 83 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La relación entre la CTE y la síntesis de ATP Oxidación acoplada a la fosforilación Los protones se impulsan desde la matriz mitocondrial a través de la membrana interna y dentro del espacio intermembrana por el mecanismo de transporte electrónico. La energía capturada del transporte electrónico se utiliza para crear un potencial eléctrico y un gradiente de protones. Debido a que la membrana interna es impermeable a los protones, solo pueden atravesarla fluyendo a través de canales específicos de protones.
El flujo de protones a través de la ATP sintasa impulsa la síntesis de ATP.
• • • • Un complejo proteico llamado ATP sintasa acopla la oxidación de fosforilación.
La parte F0 de la ATP sintasa atraviesa la membrana mitocondrial interna.
Las partes de la F1 están proyectadas en la matriz.
La parte F1 de la sintasa tiene proteínas designadas como α(3), β(3), γ, δ y ε.
• Los protones fluyen a través del canal de F0 a F1, donde se elabora el ATP.
• Los protones causan la liberación de ATP preformado.
Estructura de la ATP sintasa La ATP sintasa está formada por dos componentes principales. La unidad F1, la ATPasa activa, posee cinco subunidades diferentes presentes en la relación α3, β3, γ, δ y ε. Existen tres lugares catalíticos en F1 que une nucleótidos. La unidad F0, un canal Transmembrana para los protones, posee tres subunidades diferentes con una relación a, b2 y c12.
84 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Funcionamiento de la ATP sintasa Actualmente se piensa que se requiere la translocación de 3 protones a través de la ATP sintasa para sintetizar cada molécula de ATP. Parece que el efecto de la fuerza protón motriz es de inducir un giro de tres paso de 120º de cada una de las unidades F0.
Al fluir los protones a través de F0, el giro de c12 (el canal de protones) se transfiere a la subunidad γ que se proyecta dentro del centro del componente F1. El giro de la subunidad γ la coloca en tres posiciones posibles con relación a cada dímero αβ. La afinidad de unión de la subunidad catalítica β varía con la posición alternante de la subunidad γ. La conformación A une débilmente ADP y Pi, la conformación B aproxima los sustratos para facilitar la formación de ATP, y la conformación C es una forma no ligadora que expulsa eficazmente al ATP de su lugar activo. El último paso es el que actúa como fuerza impulsora de la reacción. Sin un gradiente de protones, el rotor no funciona. La dirección del flujo de protones determina la dirección de giro del rotor y la dirección de la reacción.
85 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • • 2011/2012 ADP y Pi se unen al sitio cerrado (L loose).
El flujo de protones hace que los cambios conformacionales que sintetizan ATP en el apretado (T-tight) y el sitio de lanzamiento ya se han formado ATP desde el sitio estrecho, cambiando a un sistema abierto (O-open) del sitio.
El proceso está mediado por un "rotor" del dominio de γε.
Inhibidores de la CTE y desacopladores Varias moléculas inhiben de forma específica el proceso de transporte electrónico. Por ejemplo, la antimicina A inhibe al cit b. Si se añade este inhibidor a una suspensión de mitocondrias, quedan más reducidas las moléculas de NAD+, las flavinas y el cit b. Los citocromos c1, c y a quedan más oxidados.
Otros ejemplos destacados de inhibidores de la CTE son la rotenona y el amital, que inhiben a la NADH deshidrogenasa (complejo I). El monóxido de carbono, la azida y el cianuro inhiben la citocromo oxidasa.
La ATP sintasa se inhibe por una concentración elevada de su producto (ATP) y se activa cuando las concentraciones de ADP y Pi son elevadas.
En una forma especializada de tejido adiposo que se denomina grasa parda, la mayor parte de la energía que produce la CTE mitocondrial no se utiliza para generar ATP, sino que se disipa en forma de calor.
Aproximadamente el 10% de las proteínas de la membrana mitocondrial interna de las células de grasa parda es una proteína singular que se denomina proteína desacopladora (UCP) o termogenina. Cuando la proteína desacopladora es activa, disipa el gradiente de protones mediante la translocación de protones. Al disminuir el gradiente de protones, se disipa en forma de calor una gran cantidad de energía.
86 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • 2011/2012 Los desacopladores no afectan a la cadena de transporte electrónico: evitan la formación de ATP mediante la interrupción del gradiente de protones.
El dinitrofenol (DNP) es un desacoplador que se utilizó como complemento dietético en los años 1920, hasta que se produjeron varios fallecimientos. El DNP difunde a través de la membrana, tomando los protones de un lado y liberándolos en el otro.
Los desacopladores antibióticos, tales como valinomicina, trabajan, proporcionando canales proteicos a través de la membrana mitocondrial interna.
Los protones pueden regresar a la matriz sin tener que pasar a través de la ATP se genera calor.
sintasa. Por lo tanto no se sintetiza ATP.
Mecanismos de lanzaderas tiene que transportarse La membrana mitocondrial interna es impermeable al NADH. Las células animales han generado varios mecanismos de lanzadera para transferir los electrones desde el NADH citoplasmático a la CTE mitocondrial. Los ejemplos más destacados son la lanzadera del glicerol fosfato y la lanzadera malatoaspartato.
La lanzadera del glicerol fosfato En la lanzadera del glicerol fosfato, la DHAP, un intermediario glucolítico, se reduce por el NADH para formar glicerol-3-fosfato. Tras esta reacción se produce la oxidación del glicerol-3-fosfato por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa mitocondrial. (La enzima mitocondrial utiliza el FAD como aceptor electrónico). Dado que el glicerol-3-fosfato interacciona con la enzima mitocondrial sobre la cara externa de la membrana interna, el sustrato realmente no entra en la matriz. El FADH2 que se produce en esta reacción se se puede revertir.
oxida posteriormente en la CTE.
si vas por esta via, como te saltas el paso uno de la cte, se comporta como si fuera un fad y solo obtienes 1.5ATP 87 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL La lanzadera malato-aspartato 2011/2012 permite que el nad entre por el complejo numero 1 creadno 2.5atp Aunque es un mecanismo más complicado que la lanzadera del glicerol fosfato, es energéticamente más eficaz. La lanzadera comienza con la reducción del oxalacetato citoplásmico a malato por el NADH. Tras su transporte a la matriz mitocondrial, el malato se reoxida. El NADH que se produce se oxida posteriormente en la CTE. Para que continúe la lanzadera, el oxalacetato debe volver al citoplasma. Debido a que la membrana interna es impermeable al oxalacetato, éste se convierte en aspartato en una reacción de transaminación con la participación del glutamato.
El aspartato se transporta al citoplasma intercambiado con el glutamato (por medio de la proteína de transporte glutamato-aspartato), donde puede convertirse en oxalacetato. El α-cetoglutarato se transporta al citoplasma intercambiado con el malato (por medio de la proteína de transporte malato-αcetoglutarato), donde puede convertirse en glutamato. El transportador glutamato-aspartato requiere el movimiento de un protón a la matriz. Por lo tanto, la síntesis neta de ATP utilizando este mecanismo es algo más reducida.
glucólisi cte- para que salga el aspartato tiene que entrar el glutamato (antitransportador) 88 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El intercambio de ATP/ADP a través de la mitocondria La translocasa cataliza la entrada de ADP a la matriz acoplada a la salida de ATP. La unión del ADP desde el citoplasma favorece la eversión del transportador para liberar el ADP en la matriz. La unión subsiguiente del ATP de la matriz a la forma evertida favorece la re-eversión a la conformación original liberando ATP en el citoplasma.
ULTIMA DIAPO!!!!! la atpsitetasa pasa protones y al pasarlos a partir de ADP y P se forma ATP que sale por la translocasa ADP/ATP, y entra el ADP, pero el fosforo tb tiene que etrar que es la fosfato translocasa que hace un cotransporte con protones, para que entre un fosforo de la MMI a la matriz, necesitas que tb entre un proton.
el proton sale del espacio intermembrana.
de los 4 protones que se necesitan para hacer un ATP, 3 son para la ATP sintetasa y uno es para meter el P dentro.
89 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La gluconeogénesis, es un proceso a través del cual los precursores no carbohidratados, tales como productos de la glicólisis (lactato y piruvato), intermediarios del ciclo del ácido cítrico, el glicerol y el esqueleto de carbono de la mayoría de los aminoácidos se convierten en glucosa.
• • • • • • Cuando estamos en situación ayuno, la mayoría de las necesidades de glucosa del cuerpo deben ser cumplidos por la gluconeogénesis.
Se produce en el hígado y, en menor medida, en el riñón.
La glucosa para el cerebro, los músculos y las células rojas de la sangre. ( eritrocitos porque no tienen mitocondrias) Principalmente en el citoplasma.
Siete de las reacciones de la glicólisis son reversibles.
Hay tres pasos irreversibles, regulados por las enzimas de la gluconeogénesis.
Precursores Lactato  piruvato (lactato deshidrogenasa).
reacciones anapleroticas (aminoacidos --> Aminoácidos de la dieta o del musculo esquelético  oxalacetato.
precursores glucosas) Los aminoácidos que no se puede convertir en oxalacetato en los animales son Leu hay aminoacidos glucogenicos y los no glucogenicos y Lys, ya que su rotura sólo produce acetil-CoA.
No hay vía en los animales para la conversión neta de acetil-CoA en oxalacetato Intermediarios del ciclo de Krebs  oxalacetato  glucosa (solo 3 carbonos).
Glicerol a partir de la lipólisis (hidrólisis de TG)  dihidroxiacetona fosfato (DHAP) glucosa.
Los ácidos grasos no pueden servir como precursores de glucosa en los animales porque la mayoría de los ácidos grasos se degradan completamente a acetil-CoA.
las plantas con la fotosintesis tambien 90 en el citosol se produce BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Gluconeogenesis: 1. 7 pasos reversibles --> mismo encima que glucolisis.
2. del piruvato a oxalacetato por la pyr carboxilasa del oxalacetato a PEP por la PEP carboxiquinasa 3. de fructosa1,6bifosfato a fructosa6fosfato por la fructosa1,6bifosfatasa 4. de glucosafosfato a glucosa por la glucosa6fosfatasa fase ejecutiva fase preparativa ROSA: ENCIMAS DIFERENTES A LA GLUCOLISIS (PEP) reacciones anapleroticas ej. aspartato mitocondria ej. alanina de piruvato no puedes pasar a pep, tienes que pasar primero por oxalacetato 91 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Tema recurrente que las vías de biosíntesis y degradación difieren en al menos una reacción.
• • permite ambas direcciones para ser termodinámicamente favorable. gluconeogenesis y glucolisis Permite las vías que se controla de forma independiente (una dirección se puede activar mientras el otro se inhibe).
La gluconeogénesis utiliza enzimas glicolíticos Tres de las reacciones glicolíticas no son termodinámicamente favorables: las reacciones negativas con grandes cambios de energía libre en la dirección de la glucólisis. Estas reacciones deben ser reemplazadas en la gluconeogénesis.
1. Piruvato quinasa/ PEP-carboxilasa (PEPCK) y piruvato carboxilasa.
2. Fosfofructoquinasa-1/Fructosa 1,6-bisosfatasa.
3. Hexoquinasa/Glucosa 6-fosfatasa.
92 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 3c 1) La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato comienza con la formación de oxalacetato 4c El primer paso en la gluconeogénesis es la carboxilación del piruvato para formar oxalacetato a expensas de una molécula de ATP.
Después, el oxalacetato se descarboxila y fosforila para dar lugar a fosfoenolpiruvato a expensas del alto potencial de transferencia del grupo fosforilo del GTP.
La primera de estas reacciones tiene lugar en el interior de la mitocondria. La primera reacción está catalizada por la piruvato carboxilasa y la segunda por la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa.
• • La formación de PEP desde Pyr es endergónica (requiere de energía libre).
La conversión de Pyr en un intermediario de “alta energía” (OAA), cuya descarboxilación exergónica provee la energía libre necesaria para la síntesis de PEP.
Este proceso requiere dos enzimas: Piruvato carboxilasa  ATP impulsa la formación de OAA a partir de Pyr y HCO3PEPCK  OAA se convierte a PEP con el consumo de GTP.
El piruvato es convertido en oxalacetato.
reaccion endergonica 93 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Cada una de las cuatro subunidades idénticas de la piruvato carboxilasa tiene un grupo prostético biotina (vitamina B7).
cofactor que carboxila al piruvato La biotina funciona como un portador de CO2 mediante la formación de un sustituyente carbonilo en su grupo ureido.
Acetil-CoA es un activador alostérico de Pyr. carboxilasa.
La acumulación de acetil-CoA (sustrato del ciclo de Krebs) es indicativo de la necesidad de más OAA  acetil-CoA regula la Pyr carboxilasa (reacción anapleróticas).
Oxalacetato es convertido a fosfoenolpiruvato (PEPCK) OAA: aminoacidos glucogenicos GTP impulsa la descarboxilación del OAA para formar PEP.
OAA puede ser considerado como una forma "activada" de piruvato.
cuando hay muchos hacetilcoa (has gastado la glucosa y muchos lipidos y obtienes acetilcoa a partir de la betaoxidacion) y se condensa formando cuerpos cetonicos: son muy acidos y entras en acidemia. los cuerpos cetonicos pueden ser usados por el cerebro pero esto es una solucion provisional pero no es bueno porque el acido hace que se desnaturalicen las proteinas, etc.
94 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La gluconeogénesis requiere de un transporte de metabolitos entre la mitocondria transportan mediante lanzaderas y el citosol (se - la aspartato malato) La piruvato carboxilasa es un enzima mitocondrial, mientras que los otros enzimas de la gluconeogénesis son citoplasmáticos. El oxalacetato, producto de la reacción de la piruvato carboxilasa, debe transportarse al citoplasma para completar la vía.
El oxalacetato debe transportarse desde la mitocondria en forma de malato: por ello, el oxalacetato se reduce a malato dentro de la mitocondria por una malato deshidrogenasa unida a NADH. Una vez que el malato ha sido transportado a través de la membrana mitocondrial, se reoxida a oxalacetato en el citoplasma por otra malato deshidrogenasa ligada a NAD+.
Finalmente el oxalacetato se descarboxila y fosforila simultáneamente por la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa para generar fosfoenolpiruvato. El dador del grupo fosforilo es el GTP. El CO2 añadido al piruvato por la piruvato carboxilasa se separa en este paso.
La generación de OAA, desde Pyr u otros intermediarios del ciclo de Krebs, ocurre sólo en la mitocondria, pero las enzimas que convierten la PEP a la glucosa son citosólicos. Localización celular de la PEPCK varía con la especie.
95 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • 2011/2012 OAA debe salir de la mitocondria para la conversión a PEP, o PEP formado por PEPCK mitocondrial necesita ser transportado al citosol.
PEP es transportado a través de la membrana mitocondrial por transportadores específicos.
No existe un sistema de transporte de OAA: • • Conversión a Aspartato Conversión a Malato La diferencia entre las dos vías involucra el transporte de NADH: • • Malato deHase: transporte de NADH desde la mitocondria al citosol, necesarios para la gluconeogénesis.
Aminotransferasa asp: no se involucra NADH.
96 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fructosa 1,6-bisfosfatasa (FBPasa) Después de su formación, el fosfoenolpiruvato se metaboliza por los enzimas de la glicolisis pero en sentido inverso. Estas reacciones, en las condiciones intracelulares, se encuentran cerca del equilibrio: de modo que, cuando la gluconeogénesis está favorecida, tendrán lugar las reacciones inversas hasta que se alcance el siguiente paso irreversible. Este paso es la hidrolisis de la fructosa 1,6-bisfosfato a fructosa 6-fosfato.
El enzima responsable de este paso es la fructosa 1,6-bisfosfatasa. Como ocurre con su homólogo glicolítico, es un enzima alostérico que participa en la regulación de la gluconeogénesis.
Glucosa-6-fosfatasa La fructosa 6-fosfato generada por la fructosa 1,6-bisfosfatasa se convierte rápidamente en glucosa-6-fosfato. En la mayoría de los tejidos, la gluconeogénesis finaliza en este punto.
Una de las ventajas de que acabe en este punto, es que esta glucosa no puede salir de la célula y por lo tanto se puede utilizar sin necesidad de entrarla desde fuera en caso de necesidad. Para que la glucosa-6-fosfato se convierta en glucosa y pueda salir fuera de la célula se necesita el enzima glucosa-6-fosfatasa que solo porque es donde se hace la gluconeogenesis se encuentra en hígado y riñones, que son órganos encargados (sobretodo el hígado) de mantener la homeostasis de glucosa en sangre.
• • • G-6-fosfatasa es única en el hígado y el riñón, que les permite suministro de glucosa a otros tejidos.
La presencia de enzimas separadas en la gluconeogénesis de los tres pasos irreversibles en la glucólisis, hacen que ambos procesos se vuelven termodinámicamente favorables.
Esto se logra a expensas de la energía libre de hidrólisis del ATP y GTP por molécula de glucosa sintetizada por la gluconeogénesis.
97 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Reacciones de la gluconeogénesis En general (glicólisis + gluconeogénesis): • • • Las pérdidas de energía libre: precio a pagar por el mantenimiento de la regulación independiente de las dos vías.
Si ambos procesos procedieran de una manera incontrolada, el efecto neto sería un derroche inútil de hidrólisis de ATP y GTP.
La glucólisis y la gluconeogénesis son recíprocamente regulados con el fin de satisfacer las necesidades del organismo.
Estado alimentado (↑ [glucosa])  Acetil-CoA y ácidos grasos.
conservación de combustible: La glucosa  Aumenta la síntesis de glicógeno.
Aumenta la glicolisis y la piruvato deshidrogenasa.
Ayunas ([glucosa] ↓)  mantener los niveles de glucosa (utilizando el ciclo glucosa-Ala y glicerol a partir de la hidrólisis de TAG.
Rotura del glicógeno Aumento de la gluconeogénesis 98 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Regulación de la gluconeogénesis: glucólisis y la gluconeogénesis son controladas por las interacciones alostéricas y modificaciones covalentes La gluconeogénesis y la glicolisis están coordinadas de manera que una de las vías es relativamente inactiva mientras que la otra presenta una actividad elevada. Si ambas series de reacciones fueran muy activas al mismo tiempo, el resultado neto seria de hidrólisis de cuatro nucleótidos trifosfato por cada ciclo de reacción.
Las cantidades y las actividades de los enzimas característicos de cada vía están controladas de modo que ambas vías no pueden ser muy activas y simultáneamente.
La condición de regulación recíproca, es que, cuando se necesita energía, va a predominar la glicolisis. Cuando hay superávit de energía tendrá lugar la gluconeogénesis.
• Controlada en los puntos donde las direcciones hacia adelante y atrás puede ser reguladas de manera independiente: o Hexoquinasa/Glucosa-6-fosfatasa o PFK/FBPasa o Piruvato quinasa/Piruvato carboxilasa – PEPCK Enzimas reguladoras y sus reguladores 99 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 • Fructosa 2,6 bisfosfato (F2, 6BP): importante regulador de las dos vías.
• Las actividades de PFK-2 y la FBPasa-2 ("reguladores maestros" de las vías) se produce en distintos dominios de la misma enzima bifuncional.
PFK-2 y la FBPasa-2 ambas son regulados tanto, alostéricamente como por modificaciones covalentes.
Hígado (pero no en el músculo) se inhibe la piruvato quinasa tanto alostéricamente con Ala (precursor Pyr) y por la fosforilación.
• • Regulación de la gluconeogénesis: la concentración PEPCK es transcripcionalmente controlada La actividad de la PEPCK está regulada de forma transcripcional, es decir en respuesta a diversas hormonas, se comienza la transcripción de los genes que codifican a esta enzima, produciéndola para poder ser utilizada. Las hormonas que la estimulan son el glucagón, los glucocorticoides y las hormonas tiroideas, y es inhibida por la insulina.
100 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Este promotor consta de aproximadamente unos 500 pares de bases y contiene secuencias reguladoras que median en la acción de varias hormonas.
IRE Elemento de respuesta a insulina.
GRE Elemento de respuesta a glucocorticoides.
TRE Elemento de respuesta a hormonas tiroideas.
CRE Elementos de respuesta a cAMP.
El ciclo de Cori (Carl y Gerty Cori) La contracción del musculo esquelético suministra lactato al hígado, que lo usa para sintetizar y liberar glucosa. Así pues, el hígado restablece el nivel de glucosa necesario para las células musculares activas, las cuales obtienen ATP de la conversión glicolítica de la glucosa en lactato. Estas reacciones constituyen el ciclo de Cori.
• • Lactato se produce cuando la demanda de ATP excede flujo oxidativo.
El lactato es transferido al hígado donde se reconvierte a Pyr por la lactato deHasa. gluconeogénesis glucosa.
101 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • 2011/2012 Se trata de un "ciclo fútil", pero las dos vías se producen en diferentes órganos.
Papel del propionato como precursor gluconeogénico en rumiantes Debido a que los rumiantes no ingieren glucosa con la dieta (o cantidades muy pequeñas de esta) deben sintetizar glucosa a partir de otros precursores como el propionato. La flora microbiana del rumen de estos animales hidroliza la celulosa liberando propionato que es utilizado por los rumiantes para producir glucosa.
102 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Tipos de animales: Omnívoros: absorben glucosa: la gluconeogénesis es ↓ tras comer y se dispara en ayuno. A partir de aa y glicerol ↑ Rumiantes: Absorben muy poca glucosa, pues en rumen: celulosa lactato y ac.
grasos de cadena corta (acetato, propionato, butirato).
Por ello la gluconeogénesis se activa tras las comidas (en ayuno a partir de aa y glicerol). Caso especial: vacas lecheras: gluconeogénesis muy activa para generar los 1.7 kg glucosa/día necesarios.
Carnívoros: Absorben poca glucosa y, al contrario que rumiantes, tienen periodos prolongados de ayuno. Precursores: aa’s y glicerol. Posible alta gluconeogénesis tras comer.
IMPORTANTE PAPEL DEL PROPIONATO COMO PRECURSOR EN RUMIANTES 103 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 En la mayoría de tejidos animales el destino principal de la glucosa-6-fosfato es la degradación glucolítica a piruvato, sin embargo, esta tiene otros destinos catabólicos que conducen a productos especializados necesarios para la célula.
La oxidación de la glucosa 6-fosfato a pentosas fosfato por la ruta de las pentosas fosfato, es un caso de especial importancia en algunos tejidos. En esta ruta oxidativa, el NADP+ es el aceptor electrónico, dando NADPH. Las células en rápida división, tales como las de la medula ósea y la mucosa intestinal utilizan las pentosas fosfato para producir RNA, DNA y coenzimas tales como ATP, NADH, FADH2 y coenzima A. En otros tejidos el producto esencial de la ruta de las pentosas fosfato no son las pentosas sino el dador electrónico NADPH.
En este esquema podemos ver las rutas más importantes del metabolismo de los carbohidratos • • • • • NADPH: Es una molécula intercambiadora de poder reductor algunas síntesis reductivas requieren NADPH además de ATP.
ATP: "moneda energética" de las células la hidrólisis exergónica se une a muchas funciones de las células (de otro modo endergónicas).
NADPH y NADH (sólo se diferencian por un grupo fosfato en el grupo 2'-OH de la mitad de adenosina NADPH) no son metabólicamente intercambiables.
NADH: utiliza la energía libre de la oxidación metabólica para sintetizar ATP (F.O.).
NADPH: utiliza la energía libre de oxidación metabólica para otras biosíntesis reductivas endergónicas.
o deHasas tienen alto grado de especificad a sus respectivos coenzimas 104 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 NADPH es generado por la oxidación de la G-6-P a través de una vía alternativa a la glucólisis, que también produce R-5-P.
Reacción global 1. Reacciones oxidativas (rendimiento  NADPH y ribulosa 5-fosfato) 2. Isomerización y epimerización 105 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 3. Formación enlace C-C y reacciones de formación Los productos de la ruta varían según las necesidades de la célula (reacciones 2 y 3 son reversibles).
1. Reacciones de oxidación para producir NADPH y ribulosa-5-P (Ru-5-P) G-6-P deHasa cataliza la transferencia neta ) a NADPH+ para formar 6-fosfoglucono -δ lactona.
1.1 de un ion hidruro (H- Específica para NADP+ e inhibida por NADPH.
Utilizados en el ensayo de determinación enzimática de glucosa (A340nm).
1.2 6-Phosphogluconolactonase aumenta la velocidad de la hidrólisis: 6fosfoglucono -δ lactona a 6-fosfogluconato.
1.3 6-fosfogluconato deHasa cataliza la descarboxilación oxidativa del 6fosfogluconato a ribulosa-5-P y CO2.
Similar a la catalizada por la isocitrato deHasa en el ciclo del ácido cítrico.
2 NADPH se generan por cada molécula de G-6-P que entra en la vía.
Los productos de esta fase deben ser convertidos a R-5-P o Xu-5 P-para su uso posterior.
2. Reacciones de isomerización y epimerización Ribulosa-5-fosfato isomerasa convierte Ru-5-P a R-5-P.
Ribulosa-5-fosfato epimerasa convierte Ru-5-P a Xilulosa-5-P (Xu-5-P).
R-5-P es un precursor esencial en la biosíntesis de NT (neurotransmisores).
El exceso de R-5-P (y Xu-5-P) se convierte a los intermediarios glucolíticos F-6P y GAP.
Las reacciones catalizadas por ambas enzimas implican intermediarios enodiol.
106 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Transcetolasa: traslados de unidades de 2C de la aldosa cetosa y requiere TPP.
Transaldolasa: transferencias de unidades de 3C de cetosa de aldosa.
107 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 3. Reacciones de creación de enlaces C-C Transcetolasa cataliza la transferencia de la unidad C2 de Xu-5-P a R-5-P, dando GAP y sedoheptulose-7-P (S-7-P).
Pirofosfato de tiamina (TPP) como coenzima (derivado de la vitamina B1).
108 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Transcetolasa (transferencias 2C): C5 + C5 ↔ C3 + C7 Transaldolasa cataliza la transferencia de la unidad C3 de la S-7-P con las GAP, dando eritrosa-4-fosfato (E-4-P) y F-6-P.
Transaldolasa (transferencias 3C): C7 + C3 ↔ C4 + C6 Una segunda reacción de transcetolasa cataliza la transferencia de la unidad C2 de una segunda Xu-5-P a E-4-P para formar GAP y otro F-6-P.
Transcetolasa (transferencias 2C): C5 + C4 ↔ C3 + C6 109 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Resumen de los reordenamientos C en la vía de PP 110 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los principales productos de la vía de PP: NADPH y R-5- P Control de la vía de las pentosas fosfato Si la ribosa es necesario, la fructosa y la gliceraldéhido fosfato reacciona por la vía del PP para hacer ribosa.
Si es necesario NADPH, tiene que ocurrir la fase oxidativa.
Por lo general, la necesidad de NADPH es mayor que la de R-5-P para la síntesis de nucleótidos.
¿Qué pasa con el exceso de R-5-P en el caso de que no sea necesario? • • se convierte en el GAP y F-6-P  glucólisis fosforilación oxidativa.
reciclados por la gluconeogénesis para formar G-6-P.
El flujo a través de la vía oxidativa PP es controlada por la velocidad de la reacción de la glucosa-6-P deHasa (primer paso comprometido).
Glucosa-6-P deHasa su actividad está regulada por la [NADP +] (disponibilidad de sustrato): cuando la célula consume NADPH,  ↑ [NADP +]  ↑ tasa de la reacción  ↑ regeneración de NADPH.
Flexibilidad metabólica de la vía de PP.
1. Más ribosa-5-P que NADPH es necesaria 111 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 2. Ribosa-5-P y NADPH igualmente necesarios 3. Más NADPH que ribosa-5-P es necesario 4. Tanto NADPH y el ATP son necesarios 112 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Deficiencia de glucosa-6-fosfato deHasa La vía de la PP suministra NADPH a las células rojas sanguíneas.
Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa lleva a menos NADPH, glutatión menos reducido (un péptido necesario para mantener los grupos sulfhidrilo y para mantener el hierro como hierro (II) de la hemoglobina), lo que desarrolla anemia se desarrolla (lo que conlleva una cierta resistencia a la malaria).
Una función importante de GSH (glutatión reducido) en los eritrocitos es la eliminación de H2O2.
H2O2 es un producto tóxico de los procesos oxidativos que reacciona con los dobles enlaces en los residuos de ácidos grasos de la membrana celular para formar hidroperóxidos orgánicos.
Hidroperóxidos reaccionan a romper enlaces C-C de ácidos grasos lo que conlleva daño a la membrana lisis celular.
Los peróxidos son eliminados a través de la acción de la glutatión peroxidasa.
GSH es regenerada por la reducción NADPH de GS-SG (glutatión reductasa).
• • Un suministro constante de NADPH es vital para la integridad de los eritrocitos.
Las deficiencias de G-6-P deHasa son las enzimopatías humanas más comunes (400 x 106 personas).
113 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Biosíntesis de ácido glucorónico Glucuronidación de sustancias tóxicas: el ácido glucurónico está a menudo vinculada con el metabolismo de xenobióticos de sustancias como las drogas, contaminantes, la bilirrubina, los andrógenos, los estrógenos, mineralocorticoides, glucocorticoides, derivados de ácidos grasos, los retinoides, y los ácidos biliares.
Glucuronidación se produce principalmente en el hígado  más soluble en agua eliminación desde el cuerpo o el transporte fácil de hormonas.
Los farmacólogos han vinculado a las drogas ácido glucurónico para permitir una ejecución más eficaz de una amplia gama de sustancias.
114 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Biosíntesis de ácido ascórvico L-gulonolactona oxidasa (EC 1.1.3.8, Gulo o L-gulono 1,4lactona deshidrogenasa) es una enzima que cataliza la reacción de Dglucuronolactona (también conocido como L-gulono-1-4lactona) con el oxígeno a la L-xilo-hex-3-gulonolactona y peróxido de hidrógeno. Se utiliza FAD como cofactor. La L-xilo-hex-3-gulonolactona (2ceto-gulono-gamma-lactona) es capaz de convertir de forma espontánea al ácido hexurónico (ácido ascórbico), sin la acción enzimática.
La pérdida de actividad del gen de la L-gulonolactona oxidasa (Gulo) ha ocurrido por separado en la historia de varias especies. La pérdida de actividad de esta enzima es responsable de la incapacidad de los conejillos de indias para sintetizar enzimáticamente vitamina C, pero este evento que sucedió independientemente de la pérdida en el suborden haplorrhini de los primates, incluidos los seres humanos. Los restos de este gen no funcional con muchas mutaciones, sin embargo, sigue presente en el genoma de los conejillos de Indias y en los seres humanos  pseudogén.
115 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 116 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 En un gran número de organismos el exceso de glucosa se convierte en formas poliméricas (glucógeno), para su almacenamiento.
En los vertebrados el glucógeno se encuentra principalmente en el hígado y en el musculo esquelético; puede representar hasta el 10% del peso del hígado y del 1 al 2% del peso del músculo.
El glucógeno del musculo se encuentra allí para proporcionar una fuente de energía rápida para el metabolismo tanto aeróbico como anaeróbico.
El glucógeno hepático sirve como almacén de glucosa para otros tejidos cuando no hay glucosa disponible de la dieta.
En el hombre la cantidad total de energía almacenada en forma de glucógeno es mucho menor que la cantidad almacenada en forma de grasa, pero las grasas no se pueden convertir en glucosa en los mamíferos (hay células en el organismo que solo obtiene la energía por medio de la oxidación de la glucosa) y no se pueden catabolizar aeróbicamente.
Los gránulos de glucógeno son agregados complejos de glucógeno y de los enzimas que lo sintetizan y degradan, así como de la maquinaria para degradar esos enzimas.
Polímero grande y ramificado de glucosa unidas por enlaces: la mayoría son α-1,4 y ramas, en casi todos los residuos décimo α-1,6.
Función: almacenamiento de la glucosa. No es tan reducido como los ácidos grasos  son menos rica en energía. ¿Por qué? Combustible importante por varias razones: • • La ruptura controlada de glucógeno aumenta la cantidad de glucosa entre las comidas (tampón para mantener los niveles de glucosa en la sangre).
Prácticamente el único combustible utilizado por el cerebro.
Glucosa fácilmente utilizada: buena fuente de energía para la actividad repentina.
117 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • 2011/2012 A diferencia de los ácidos grasos, puede proporcionar energía en ausencia de oxígeno.
El glucógeno está presente en los gránulos en el citoplasma, asociado con enzimas.
Los dos principales sitios de almacenamiento de glucógeno son el hígado y el músculo esquelético (10% y 2% en peso, respectivamente).
En el hígado: regulado para mantener la glucosa en la sangre.
En el músculo: para satisfacer las necesidades de energía del propio músculo.
Metabolismo del glucógeno es regulado cuidadosamente para que suficiente glucosa esté disponible para las necesidades energéticas del musculo.
Degradación del glucógeno En el musculo esquelético y en el hígado las unidades de glucosa de las ramas exteriores del glucógeno, entran en la ruta glucolítica a través de la acción de tres enzimas glucógeno fosforilasa, enzima desramificadora del glucógeno y fosfoglucomutasa.
Consiste en 3 pasos: 1. La liberación de glucosa-1-P del glucógeno.
2. La remodelación del sustrato glucógeno para permitir una degradación.
3. La conversión de G-1-P y G-6-P para continuar con el metabolismo.
mayor para la via de las pentosas o para continuar metabolismo 118 el exceso de fructosa 2,6 favorece la glucolisis y inhibe la gluconeogenesis.
la insulina favorece el proceso de glugenogenesis y la glucolisis y la lipogenesis el glucagon y adrenalina haran que se haga gluconeogenesis, un exceso de ampc favorece glucon porque la adenil ciclasa es favoreci glucogenolisis y lipolisis.
BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL un exceso de amp favorece glucolis por la insulina.
2011/2012 Destino de la G-6-P derivada de la degradación del glucógeno: • • • Sustrato inicial para la glicolisis.
Pueden ser procesados por la vía pentosa fosfato para producir NADPH y derivados de la ribosa.
Convertida en glucosa libre para su liberación en el torrente sanguíneo.
Degradación del glucógeno La glucógeno fosforilasa, corta su sustrato mediante la adición de un ortofosfato (Pi), para generar glucosa 1-fosfato. Esta reacción es una fosforólisis.
Fosforolisis: Reacción semejante a la hidrólisis en la cual participa un ortofosfato (Pi), el cual queda adherido a la molécula que se separa.
La fosforilasa cataliza la eliminación secuencial de residuos de glucosa de los extremos no reductores de la molécula de glucógeno. El ortofosfato corta el enlace glucosídico entre el C-1 del residuo terminal i el C-4 de su residuo adyacente.
La fosfoglucomutasa convierte la glucosa 1-fosfato en glucosa 6-fosfato. La molécula de glucosa 1-fosfato obtenida de la fosforolisis del glucógeno tiene que ser transformada en glucosa 6-fosfato para que pueda entrar en el flujo metabólico principal. Para efectuar este desplazamiento, el enzima cambia un grupo fosforilo con el sustrato.
El corte fosforólico del glucógeno es beneficioso desde el punto de vista energético, porque el azúcar liberado ya se encuentra fosforilado, por lo tanto nos reduce el gasto de energía de un ATP.
119 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 PLP (piridoxal fosfato) es un cofactor esencial en la reacción de la g. fosforilasa: evita la hidrólisis y promueve el ataque del pi en el enlace glicosídico.
La degradación del glucógeno: los puntos de ramificación la glucogenofosforilasa rompe enlaces 1,4 pero no los 1,6, que son rotos por la alfa1,6glucosidasa obteniendo glucosa6fosfato. rompe la ramificacion.
la fosforilasa quinasa b es activa cuando esta fosforilad la PKA (dependiente de ampciclico) favorece su fosforilacion.
En primer lugar, la fosforilasa corta los enlaces glicosídicos α-1,4 de cada rama, donde deja 4 residuos. La transferasa desplaza un bloque de tres residuos de glucosa de una rama externa a otra. En esta reacción el enlace glicosídico α-1,4 que hay entre el residuo rosa y el verde se rompe y se forma uno nuevo entre el residuo rosa y el gris. Entonces, el residuo verde es eliminado por la α-1,6glucosidasa, y se queda en una cadena lineal toda con los enlaces α-1,4, susceptibles de cortes posteriores por la fosforilasa.
120 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Degradación del glucógeno. Hígado mantiene la glucosa constante en la sangre. este y los riñones.
Una de las principales funciones del hígado es la de mantener los niveles de glucemia de la sangre prácticamente constante. El hígado libera glucosa a la sangre durante la actividad muscular y entre comidas. Como hemos visto anteriormente la los monómeros de glucosa que se liberan del glucógeno están como glucosa-6fosfato y recordemos que la membrana plasmática es impermeable a esta molécula, por eso en el hígado (el único órgano del cuerpo donde se encuentra esta enzima) la glucosa tiene que sufrir un proceso de desfosforilación. En el hígado, más concretamente, en la cara luminal de la membrana del retículo endoplasmatico liso, se encuentra la glucosa-6-fosfatasa.
La glucosa-6-fosfatasa hidroliza la glucosa-6-fosfato en glucosa y ortofosfato.
Glucosa-6-fosfato + H2O  glucosa + Pi esta en el RE Síntesis de glucógeno El glucógeno se sintetiza y se degrada mediante rutas diferentes, ya que la separación de estas rutas proporcionan mucha más flexibilidad, tanto en cuestión energética como de control.
La síntesis de glucógeno se produce en casi todos los tejidos del organismo, pero esta tiene mayor importancia en el hígado y en el músculo esquelético.
En la síntesis de glucógeno no se utiliza como precursor la glucosa-1-fosfato, sino que utiliza un dador de glucosa activada como es la uridina difosfato de glucosa (UDP-glucosa).
se une con la glucosafosfatoudptransferasa 121 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La glucógeno sintasa es el enzima regulador clave en la síntesis de glucógeno. Las nuevas unidades de glucosa se añaden a los residuos terminales no reductores del glucógeno. La UDP-glucosa se transfiere al grupo hidroxilo en el C-4 y forma un enlace glicosídico α-1,4, y el UDP es desplazado por el grupo hidroxilo terminal de la molécula.
glucosafosfatoUDPpirosiltransferasa La UDP-glucosa pirofosforilasa cataliza la reacción de síntesis de UDP-glucosa a partir de glucosa-1-fosfato y el trifosfato de uridina (UTP). Esta reacción libera dos residuos fosforilos externos del UTP en forma de pirofosfato. Esta reacción se hace prácticamente irreversible puesto que in vivo el pirofosfato se hidroliza rápidamente por la acción de una pirofosfatasa inorgánica. hidrolisis pirofosfolitica (hdrolisis de dos fosfato) Síntesis de glucógeno: Las limitaciones de la glucógeno sintasa La síntesis de glucógeno de novo no se puede producir por si sola debido a que la glucógeno sintasa solo puede añadir residuos de glucosa a una cadena polisacárida que contenga más de cuatro residuos de glucosa. Por lo tanto la síntesis del glucógeno requiere de un cebador, llamado glucogenina (marcada en el dibujo con G).
La glucogenina, una glucosil transferasa, compuesta por dos subunidades idénticas.
Cada subunidad cataliza la adición de ocho unidades de glucosa a la otra subunidad, que forman polímeros cortos de glucosa con enlace α-1,4, unidos covalentemente a un grupo hidroxilo fenólico de un residuo de tirosina específico de cada subunidad. A partir de aquí la glucógeno sintasa ya puede añadir nuevos monómeros de glucosa, hasta que nos encontramos con el siguiente inconveniente, tal y como hemos visto en su degradación, que son las ramificaciones.
estas 8 unidades hace como de primer.
122 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 DE 11 A 4 La glucógeno sintasa solo cataliza la síntesis de enlaces α-1,4, por lo tanto hace falta otro enzima para formar los enlaces α-1,6, que hacen del glucógeno un polímero ramificado. Cuando la glucógeno sintasa ha unido una cierta cantidad de residuos se crea una rama por la ruptura de un enlace α-1,4 y se forma un enlace α-1,6. Este enzima transfiere a la rama un bloque normalmente de siete residuos, que incluye el extremo no reductor siempre y cuando se queden en la otra rama al menos cuatro residuos. La ramificación es importante porque aumenta la solubilidad del glucógeno. Además al haber más extremos no reductores aumenta su velocidad de síntesis y de degradación. GRACIAS AL BRANCHING ENZIME.
El glucógeno es una forma eficiente de almacenamiento de glucosa El coste de la conversión de G-6-P en glucógeno: 1 ATP (ADP + ATP  UTP + ADP).
Rendimiento energético de la degradación del glucógeno: • • ≈90% de los residuos están fosforilados en G-1-P ( G-6-P sin coste: 31 ATP).
≈10% de los residuos son hidrolíticamente escindidos ( G-6-P, consumiendo 1 ATP: 30 ATP).
La eficiencia global de almacenamiento es casi el 97% NO OBTENGO LA MAXIMA PERO CASI.
PORQUE SINO POR OSMOSIS LA CEL REBENTARIA 123 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 cuando esta fosforilada esta inactiva cuando esta desfosforilada esta activa.
Glucógeno sintasa: fosforilación por varias protein-quinasas La actividad de la glucógeno sintasa está regulada por modificaciones covalentes. La glucógeno sintasa se fosforila en muchos sitios por medio de diversas protein-quinasas, las más importantes de la cuales son la proteína-quinasa A y la glucógeno-sintasa-quinasa (GSK). La fosforilación convierte la forma activa a de la sintasa en una forma b, normalmente inactiva. La forma b fosforilada es activa únicamente si hay una cantidad considerable del activador alostérico (glucosa-6fosfato) mientras que la forma a es activa tanto si hay glucosa-6fosfato como si no.
la que desfosforila seria la fosfoproteina fosfatasa la que fosforila glucogenosintasakinasa3 pero no actua sobre la GSK3.
Regulada por modificación covalente: es fosforilada en sitios múltiples de al menos 11 proteínas quinasas diferentes, siendo el más importante GSK3 (fosforilación jerárquica).
124 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Glucógeno sintasa: desfosforilación por PP1 En el hígado, la proteína fosfatasa 1 (PP1) se convierte GS b GS a (la activación de la GS).
• • • • PP1 se une a las partículas de glucógeno.
PP1 elimina el P de 3 Ser fosforilada por la GSK3.
G-6-P se une a un sitio alostérico en el GS, lo que hace mejor sustrato de la enzima PP1  activación de GS.
GS puede ser considerado como un sensor de G-6-P Glucógeno fosforilasa: la fosforilación de la fosforilasa quinasa esta activa cuando esta fosforilada.
La glucógeno fosforilasa está regulada por diversos efectores alostéricos que indican el estado energético de la célula, y también por fosforilación reversible, la cual responde frente a hormonas como la insulina, la epinefrina y el glucagón.
Glucógeno fosforilasa del músculo esquelético existe en dos interconvertibles: fosforilasa a (activa) y fosforilasa b (menos activa).
formas Fosforilasa quinasa b está activado por la adrenalina o el glucagón a través de una serie de pasos.
para fosforilarlo: fosforilasaBquinasa 125 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Glucógeno fosforilasa Muscular: proporciona el combustible para la glucólisis para mantener la contracción de los músculos de la respuesta señalada por la adrenalina.
Carece de G-6-fosfatasa  G-6-P se mantiene en los miocitos.
Hígado: la degradación del glucógeno viene dada por contadores de la baja glucosa en la sangre señalado por el glucagón, con la consiguiente liberación de glucosa.
Tiene G-6-fosfatasa  glucosa va a la sangre.
Las fosforilasas de hígado y el músculo son isoenzimas codificadas por genes diferentes y difieren en sus propiedades reguladoras.
126 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Glucógeno fosforilasa: desfosforilación por la fosforilasa fosfatasa.
Cuando ↑ [glucosa] en la sangre, la fosforilasa fosfatasa (PP1), elimina los grupos fosforilo de fosforilasa  fosforilasa b.
Fosforilasa a es el sensor de glucosa en las células del hígado (un mecanismo no hormonal).
Fosforilasa muscular a no es afectada por la ↑ [glucosa] en la sangre.
PP1 no sólo inactiva la fosforilasa, sino también la fosforilasa quinasa  PP1 disminuye la proporción de la degradación del glucógeno.
Glucógeno fosforilasa: alostérica.
Existen dos mecanismos para el control alostérico fosforilasa: 1. Ca2 +, la señal para la contracción muscular.
a. se une y activa la fosforilasa quinasa b  conversión de la fosforilasa b en fosforilasa a.
b. Ca2+ se une a la fosforilasa quinasa b través de una de sus subunidades (calmodulina).
2. AMP, que se acumula en la contracción muscular vigorosa.
a. se une y activa la fosforilasa  liberación de G-1-P a partir del glucógeno.
b. Cuando ↑ [ATP]  ATP bloquea el sitio alostérico de unión de AMP inactivando la fosforilasa.
Regulación enzimática La degradación del glucógeno y la síntesis son recíprocamente reguladas por una hormona que activa la cascada AMPc que actúa a través de PKA.
Fosforila activa fosforilasa quinasa PKA Fosforila inactiva glucogeno sintasa Este mecanismo de control impide que el glucógeno sea sintetizado y degradado a la vez.
127 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Algunos de los efectos de la insulina son mediadas por GSK3 128 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fosfoproteína fosfatasa 1 es esencial para el metabolismo del glucógeno PP1 puede desfosforilar las tres enzimas fosforiladas en respuesta al glucagón y la adrenalina: • • • Fosforilasa quinasa Glucógeno fosforilasa Glucógeno sintasa PP1 consta de tres componentes: • • • PP1 subunidad catalítica (37 kd) Subunidad GM / RGL (123 kd) Inhibidor 1: inhibe la actividad de PP1 cuando es fosforilada por la PKA.
GM puede ser fosforilada en dos sitios diferentes en respuesta a: • • la insulina (asociación con PP1 y el glucógeno  activación de PP1) o adrenalina (disociación).
PPI es también objeto de regulación covalente y alostérica: • • fosforilación activación alostérica por glucosa-6-fosfato.
La insulina estimula la síntesis de glucógeno (mediante la activación de PP1 y mediante la inactivación de GSK3) e inhibe la degradación del glucógeno (mediante la activación de PP1).
129 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Control hormonal de la degradación del glucógeno lo mihmo Vía por la que la insulina puede estimular la síntesis de glucógeno a través de PP1 en el hígado 130 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 lo mihmo 131 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los lípidos biológicos constituyen un grupo químicamente diverso (heterogéneo) de compuestos cuya característica común y definitoria es su insolubilidad en agua.
En muchos organismos las grasas y los aceites son las formas principales de almacenamiento energético, mientras que los fosfolípidos y los esteroles constituyen los principales elementos estructurales de las membranas biológicas.
Otros lípidos, juegan papeles cruciales como cofactores enzimáticos, transportadores electrónicos, pigmentos que absorben la luz, anclas hidrofóbicas para proteínas, “chaperonas” que ayudan al plegamiento de las proteínas de membrana, agentes emulsionantes en el tracto digestivo, hormonas y mensajeros intracelulares.
Ácidos grasos (lípidos de almacenamiento) Los ácidos grasos son la forma más abundante de almacenamiento de energía en los seres vivos. Los ácidos grasos son derivados hidrocarbonados con un nivel de oxidación casi tan bajo (esto es, tan reducidos) como el de los hidrocarburos de los combustibles fósiles.
siempre pares porque en la boxidacion se dibiden de 2 en 2 parahac Los ácidos grasos son ácidos carboxílicos con cadenas hidrocarbonadas de 4 a 36 átomos de carbono. En algunos ácidos grasos, esta cadena está completamente saturada (no tiene dobles enlaces) y sin ramificar; en otros esta cadena está insaturada (contiene uno o más dobles enlaces). Los más comunes tienen número par de átomos de carbono en una cadena sin ramificar de entre 12 y 24 carbonos.
malo pa la salud sin doble enlaces con dobles enlaces La posición de los dobles enlaces también sigue un patrón regular; en la mayoría de ácidos grasos monoinsaturados es doble enlace se encuentra entre C-9 y C-10 (∆9).
Los dobles enlaces de los ácidos grasos poliinsaturados casi nunca son conjugados y generalmente se encuentran en configuración cis.
132 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Las propiedades de los ácidos grasos y de los compuestos que los contienen vienen determinadas en gran parte por su longitud y su grado de insaturación. Cuanto más larga sea la cadena y menor el número de dobles enlaces, menor es la solubilidad en agua. Los puntos de fusión también están muy influidos por la longitud y el grado de insaturación de la cadena hidrocarbonada.
el punto de fusion de los saturados es mas alto. mas larga la cadena, mas punto de fusion.
Triacilgliceroles o triglicéridos Los lípidos más sencillos a partir de los ácidos grasos son los triglicéridos o grasas neutras. Éstos están compuestos de tres ácidos grasos unidos por enlace éster con un solo glicerol.
Si tienen el mismo ácido graso en todas las posiciones se les denomina por el nombre del ácido graso que contienen (por ejemplo con ácido esteárico triestearina). Cuando los ácidos grasos son diferentes (lo que sucede en la mayoría de triglicéridos naturales), se tiene que especificar el nombre y la posición de cada ácido graso.
133 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los triglicéridos son moléculas apolares, hidrofóbicas y prácticamente insolubles en agua. Al ser hidrofóbicos no tienen agua de hidratación y ocupan menos volumen.
Las células especializadas de los vertebrados, denominadas adipocitos o células grasas, almacenan grandes cantidades de triglicéridos en forma de gotitas de grasa que ocupan casi totalmente la célula. Los adipocitos contienen lipasas, enzimas que catalizan la hidrólisis de los triglicéridos almacenados, liberando ácidos grasos que son exportados a otros lugares donde se requieren como combustibles.
En algunos animales, los triglicéridos almacenados debajo de la piel no solo sirven como almacenes de energía sino como aislamiento contra las bajas temperaturas.
La hidrólisis alcalina se llama saponificación.
Muchos alimentos contienen triglicéridos. Los aceites y grasas son mezclas complejas de triglicéridos aislante termico 134 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Ceras Las ceras biológicas son ésteres de ácidos grasos de cadena larga saturados e insaturados (C14-C36) con alcoholes de cadena larga (C16-C30). Sus puntos de fusión son generalmente más elevados que los de los triglicéridos.
En el plancton, las ceras son la forma de almacenamiento principal de combustible metabólico.
Las ceras también realizan diversas funciones, que están relacionadas con sus propiedades repelentes del agua y con su consistencia firme: • • • Protección de las plumas de las aves.
Protección de las hojas contra la evaporación.
Cera de las abejas, para construir el panal.
Fosfoglicéridos Son lípidos de membrana en que los ácidos grasos están unidos por enlace éster al primer y segundo carbonos del glicerol y un grupo de cabeza polar o cargado está unido por enlace fosfodiéster al tercer carbono.
135 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los Fosfoglicéridos derivados del ácido fosfatídico, se nombran según el alcohol polar en el grupo de cabeza. Por ejemplo, fosfatidilcolina tiene colina en su grupo polar de la cabeza.
Fosfolipasas Son enzimas que hidrolizan los diferentes enlaces que componen los fosfolípidos.
Activación de la fosfolipasa C La fosfolipasa C escinde el lípido de membrana fosfatidilinositol-4,5-bisfosfato (PIP2) en dos mensajeros secundarios: el diacilglicerol que permanece en la membrana, y el 1, 4,5-inositol trifosfato que se difunde más allá de la membrana.
136 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Vía IP3/DAG y aumento de calcio citosólico Al escindirse el PIP2 en IP3 y DAG, el IP3 que es soluble, se difunde más allá de la membrana. Este mensajero secundario provoca la liberación rápida de Ca2+ de las reservas intracelulares del retículo endoplasmatico. Cuando se une el IP3 los canales específicos de Ca2+ se abren y permiten que los iones calcio pasen del retículo endoplasmatico al citoplasma. El calcio es también otra molécula señalizadora. El DAG activa a su vez a la protein quinasa C que es coactivada también por los iones calcio recién liberados.
137 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Éter glicerofosfolípidos Los plasmalógenos tienen una cadena alquénica unida por enlace éter en donde la mayoría de los glicerofosfolípidos tienen un ácido graso unido en enlace éster.
Abundante en el corazón de los vertebrados, membranas de bacterias halófilas y ciliados El factor activador plaquetario tiene una cadena alquílica larga unida por enlace éter al C-1 del glicerol, pero el C-2 está unido por enlace éster al ácido acético, lo que hace que el compuesto sea mucho más hidrosoluble que la mayoría de glicerofosfolípidos y plasmalógenos. El alcohol de la cabeza es la etanolamina en los plasmalógenos y la colina en el factor activador de plaquetas.
138 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Segregado por basófilos: provoca agregación plaquetaria y liberación de serotonina Esfingolípidos Los esfingolípidos están compuestos por una molécula de aminoalcohol de cadena larga esfingosina o uno de sus derivados, una molécula de un ácido graso de cadena larga y un grupo de cabeza polar unido por enlace glucosídico o fosfodiéster.
Hay tres subclases de esfingolípidos, todas ellas derivadas de la ceramida, pero que difieren en sus grupos de cabeza: esfingomielinas, glucolípidos neutros (sin carga) y gangliósidos.
Esfingomielinas Muy abundantes en la membrana de la mielina.
Glucoesfingolípidos  Localizados en la parte externa de la membrana plasmática. Determinantes de los grupos sanguíneos.
139 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012    Cerebrósidos     Globósidos Gangliósidos Eicosanoides Son hormonas paracrinas, substancias que actúan solo en células próximas al punto de síntesis de la hormona. Todos los eicosanoides proceden del ácido araquidónico, ácido graso insaturado de 20 carbonos.
Hay tres clases de eicosanoides: Prostaglandinas Tienen funciones diversas como estimulación del musculo liso del útero durante el parto o la menstruación, flujo sanguíneo, etc.
Tromboxanos actúan en la formación de coágulos sanguíneos y en la reducción del flujo sanguíneo hacia el sitio de un coagulo.
Leucotrienos inducen a la contracción de varios músculos lisos del organismo.
NSAIDs = Nonsteroidal antiinflammatory drugs 140 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Isoprenoides COLESTEROL 141 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Sales biliares Actúan como detergentes.
Hormonas esteroides 142 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Un ácido graso es un ácido carboxílico con una cola larga alifáticos (cadena) no ramificados, que puede ser saturados o insaturados.
Una configuración cis significa que los átomos de hidrógeno adyacentes están en el mismo lado del doble enlace.
143 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los ácidos grasos son moléculas de combustible, que se almacenan en forma de triacilgliceroles (también llamados grasas neutras o triglicéridos), que son esteres sin carga de ácidos grasos y glicerol.
Degradación de los ácidos grasos: Hidrólisis de los triglicéridos La mayor parte de los lípidos se ingieren en la dieta en forma de triglicéridos, pero para que sean absorbidos por el epitelio intestinal se tienen que degradar a ácidos grasos. Los enzimas intestinales denominados lipasas, secretados por el páncreas, degradan los triglicéridos en ácidos grasos libres y glicerol.
El glicerol resultante de la hidrólisis de los triglicéridos es captado por el hígado y mediante una serie de reacciones enzimáticas es convertido a gliceraldehído-3fosfato, que recordemos que es una de las moléculas que intervienen tanto en la glucólisis (se puede transformar a piruvato), como en la gluconeogénesis (donde se puede transformar en glucosa), según las necesidades de la célula.
144 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El procesos de degradación de los ácidos grasos sufre tres fases: 1. Activación de los ác. grasos 2. Transporte de los ác. grasos a la mitocondria 3. Oxidación de los de los ác. Grasos betaoxidacion (mitocondria).
Activación de los ác. grasos: formación intermediario acil-adenilato (activado) Los ácidos grasos se activan antes de entrar a la matriz mitocondrial mediante la formación de una unión tioéster al coenzima A. Esta reacción de activación tiene lugar en la membrana mitocondrial externa, y es catalizada por la acil CoA-sintasa.
Esta activación se produce en dos etapas: 1. El ácido graso reacciona con ATP para formar un acil adenilado.
2. El grupo sulfhidrilo del coenzima A ataca al acil adenilado, que está fuertemente unido al enzima, para formar acil-CoA y AMP.
Transporte de los ác. grasos a la mitocondria: la carnitina transporta el ác. graso al interior de la mitocondria.
El acil-CoA tiene que ser transportado a la matriz mitocondrial para su posterior degradación, para ello se conjuga con la carnitina, para formar acil carnitina. Esta reacción esta catalizada por la carnitina aciltransferasa I (CATI) Después mediante la acción de una translocasa, la acil carnitina es transportada a través de la membrana mitocondrial interna. El grupo acil se vuelve a transferir al coenzima A, en la cara interna de la matriz de la membrana. Esta reacción esta catalizada por la carnitina-aciltransferasa II (CATII). Finalmente la translocasa retorna la carnitina a la cara citosólica a cambio de una acil carnitina entrante.
145 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Oxidación de los ác. Grasos Un acil CoA saturado se degrada mediante una secuencia repetida de cuatro reacciones: oxidación por el FAD, hidratación, oxidación por el NAD+ y tiolisis por el coenzima A. Como resultado de estas reacciones la cadena de ácido graso se acorta en dos carbonos y se generan FADH2, NADH y acetil CoA. Esta serie de reacciones se conoce como β-oxidación, ya que la oxidación se produce en el carbono β.
Después se produce la oxidación de los grupos acetil del acetil-CoA a CO2 mediante el ciclo de Krebs (mitocondrial), y seguidamente la transferencia de los electrones generados en los dos pasos previos al O2 mediante la cadena respiratoria y generación de ATP.
146 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Β-oxidación doble enlace he hecho 2 ya empiezo a tener poder reductor deshidrogenaciones, que irá a la cte- una por fad i una por nad y consigo que un carbonio se oxide totalment se une un coa, y tengo acet el segundo carbonio es oxida La ruta comienza con una reacción de oxidación-reducción, catalizada por la acilCoA deshidrogenasa (una flavoproteína de la membrana mitocondrial interna), en la que se separa un átomo de hidrógeno de cada uno de los carbonos a y fi y se transfieren a un FAD unido a la enzima: El FADH2 producido en esta reacción cede a continuación 2 electrones a la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTE). Existen varias isoenzimas de la acil CoA deshidrogenasa, cada una de ellas específica de una longitud de cadena del ácido graso. El producto de esta reacción es la trans-α,β-enoil-CoA.
La segunda reacción, que cataliza la enoil-CoA hidratasa, comporta una hidratación del doble enlace entre los carbonos α y β.
147 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El carbono β se encuentra ahora hidroxilado. En la reacción siguiente se oxida este grupo hidroxilo. La producción de una f3-cetoaci I-CoA la cata liza la β-hidroxiacilCoA deshidrogenasa: Los electrones que se transfieren al NAD+, posteriormente se ceden al Complejo 1 de la CTE. Finalmente, la tiolasa (que también se denomina β-cetoacil-CoA tiolasa) cataliza la rotura Cα-Cβ: En esta reacción, que suele denominarse rotura tiolítica, se libera una molécula de acetil-CoA. El otro producto, una acil-CoA, contiene ahora dos átomos de C menos.
Los cuatro pasos que se acaban de exponer constituyen un ciclo de β-oxidación.
Durante cada ciclo posterior, se separa un fragmento de dos carbonos. Este proceso que a veces se denomina espiral de β-oxidación, continúa hasta que, en el último ciclo, se rompe una acil-CoA de cuatro carbonos para formar dos moléculas de acetil-CoA.
uno ya lo tengo reducido, por eso obtengo un nad i un fad menos de la cantidad de acetiles coa que obtengo.
ATPs COJE EL ACIDO GRASO Y LE UNE EL CO-A.
148 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Oxidación de ácidos grasos insaturados. Doble enlace cis fuera de fase lo normal La oxidación de ácidos grasos que contienen dobles enlaces requieren etapas adicionales, y lo mismo sucede con los ácidos grasos con un nombre impar de átomos de carbono.
importante: pasa el doble enlace, entre el 3 y 4 y lo pasa a entre el segundo y el 3o.
Oxidación de ácidos grasos insaturados. Doble enlace cis en fase 149 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL Oxidación de ácidos grasos de cadena impar 2011/2012 raro Estos ácidos grasos se oxidan de la misma manera que los que tienen un número par de átomos de carbono, exceptuando que en el ciclo final de degradación se produce propionil-CoA y acetil-CoA en vez de dos moléculas de acetil-CoA.
La unidad de tres carbonos activada (propionil-CoA) entra en el ciclo de Krebs después de convertirse en succinil CoA.
Oxidación de ácidos grasos en otros orgánulos LA oxidación de los ácidos grasos se puede producir también en los peroxisomas. La oxidación de los ácidos grasos en estos orgánulos, que acaba en octanoil CoA, puede servir para acortar cadenas largas y convertirla en sustratos más adecuados para la β-oxidación mitocondrial.
La oxidación peroxisómica difiere en la β-oxidación en la reacción inicial de deshidrogenación. En esta reacción los electrones de alta energía no son captados por el FAD sino que se transfiere al oxígeno y se forma H2O2.
150 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 diabet sobrretodo a veces Síntesis y aprovechamiento de los cuerpos cetónicos IMPORTANTE!!!! En ayuno o en la diabetes, el oxalacetato se consume para formar glucosa mediante la ruta gluconeogénica, y por tanto, no está disponible para la condensación con acetil-CoA. En estas condiciones el acetil CoA se desvía para formar acetoacetato y D-3-hidroxibutirato. Estos dos juntos con la acetona se a causa de exceso de acetil co-a, condensa llaman cuerpos cetónicos.
y forma cetoacetil-coa, y esto que se forma son cuerpos cetonicos (hidroxibutirato y acetoacetato) pueden ser usados por el cerebro y si los cuerpos cetonicos son acidos y te provocaran una cetoacidosis tambien se producen en pacientes diabeticos (la gluc no entra dentro de la cel, entonces usa los lipido dando exceso de acetil coa que condensa formando cuerpos cetonicos. cetoacidosisdiabetica.
151 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 todas son reversibles.
le añade un acetil coa a partir del HMGCOA podemos obtener el colesterol.
(con la HMGcoareductasa (sigue un patron similar al de los cuerpos cetonicos).
Los cuerpos cetónicos se pueden considerar una forma transportable, soluble en agua, de unidades acetil. Los ácidos grasos que se liberan desde el tejido adiposo, el hígado los convierte en unidades acetil y entonces los exporta en forma de acetoacetato. Tal como cabría esperar, el acetoacetato tiene una función reguladora. Un nivel alto de acetoacetato en la sangre indica una abundancia de unidades acetil i determina una disminución de la velocidad de la lipolisis en el tejido adiposo.
AUSENTE EN HIGADOOO irrebersible.
VA AL CICLO DE KREBS.
152 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Todo y que la síntesis de los ácidos grasos es la ruta inversa a la degradativa en lo referente a las reacciones químicas básicas, las ruta degrativas i sintética son mecanismos diferentes. Aquí podemos observar algunas de las diferencias: 1.
2.
3.
4.
5.
Es citosólica.
Intermediarios unidos a ACP (Acil Carrier Protein) Las enzimas forman complejos multienzimáticos. (Ac. graso sintasa) Las unidades de síntesis son de 2C, pero el dador es de 3C (Malonil-CoA) La fuente de poder reductor es el NADPH. que viene de la via de las pentosas fosfato.
IMPORTANTE !!!!!!!!!!!!!! Síntesis de Malonil-CoA La síntesis de los ácidos grasos comienza con la carboxilación del acetil-CoA a malonil-CoA, cuya reacción es irreversible y es el paso limitante de la síntesis de ácidos grasos.
gasto energia. acetilcoacarboxilasa.
esta etapa limita la sintesis de acidos grasos. es la principal enzima que regula la sintesis de acidos grasos.
153 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esta reacción está catalizada por la acetil CoA-carboxilasa, que contiene biotina como grupo prostético. En este enzima se forma un intermediario (carboxibiotina) a expensas de la hidrólisis de una molécula de ATP. El grupo CO2 activado de este intermediario se transfiere entonces al acetil-CoA para forma malonil-CoA.
Este enzima además es el enzima regulador esencial en el metabolismo de los ácidos grasos.
Estructura de la ACP permite la union del acil nuevo con el malonil. proteina implicada en la sintesis de acidos grasos.
Los intermediarios de la síntesis de los ácidos grasos están unidos a una proteína transportadora de acilos, concretamente, al extremo sulfhidrilo de un grupo fosfopanteteína. En la degradación de los ácidos grasos, esta unidad está presente como parte del coenzima A mientras que, en la síntesis, está unida a un residuo de serina de la proteína transportadora de acilos. L’ACP es una cadena polipeptídica de 77 residuos que se puede considerar un grupo prostético gigante, un “macro CoA”.
154 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Síntesis de los ácidos grasos El sistema enzimático que cataliza la síntesis de los ácidos grasos saturados de cadena larga a partir de acetil-CoA, malonil-CoA y NADPH se llama ácido-graso sintasa. En realidad la sintasa es un complejo de diversos enzimas.
La fase de elongación de los ácidos grasos empieza con la formación de acetil ACP y malonil ACP. La acetil-transacilasa y la malonil-transacilasa catalizan estas reacciones.
Acetil-CoA + ACP ↔ Acetil ACP + CoA Malonil-CoA + ACP ↔ Malonil ACP + CoA Después el acetil-ACP y el malonil-ACP reaccionan i forman acetoacetil ACP. En la reacción de condensación se forma una unidad de cuatro carbonos a partir de una de dos carbonos y una de tres y se libera CO2.
Las tres etapas siguientes en la síntesis de ácidos grasos reducen el grupo cetona del C-3 a un grupo metileno. En primer lugar, el acetoacetil ACP se reduce a D-3hidroxibutiril ACP, siendo el NADPH el agente reductor. A continuación el D-3hidroxibutiril ACP se deshidrata para formar crotonil ACP. En la etapa final del ciclo se reduce nuevamente el crotonil ACP a butiril ACP donde nuevamente el NADPH es el reductor.
155 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 el que se oxida es el NADPH.
para hacer palmitato, 7 veces.
Los ácidos grasos se sintetizan mediante la repetición de la siguiente secuencia de reacciones: condensación, reducción, deshidratación y reducción.
156 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Carga de dos grupos tiol del complejo enzimático le uno un acetil le uno el maloni.
el conjunto de todos los encimas forma el complejo acido raso sintasa.
157 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Estequiometria deducir La ácido graso sintasa Las enzimas que componen las sintasas de los ácidos grasos de los animales, a diferencia de las de E.coli y de las plantas, están unidas en una gran cadena polipeptídica. Este enzima en animales está compuesto de un dímero con dos subunidades idénticas.
Esta está compuesta por siete sitios catalíticos diferentes.
158 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 transferencia de Acetil-CoA al citosol Los ácidos grasos se sintetizan en el citosol, mientras que el acetil-CoA se forma en las mitocondrias a partir de piruvato. Este acetil-CoA tiene que ser transferido desde la mitocondria al citosol. Para poder ser transportado este se transforma en citrato, que se forma por la condensación de acetil-CoA con oxalacetato. Cuando se adquiere un nivel elevado, el citrato es transportado al citosol donde se escinde por la acción de la citrato-liasa. Esta transferencia de mitocondria a citosol se produce con el gasto de hidrólisis de un ATP.
con la lanzadera citrato piruvato.
enzima malico para pasar a piruvato. y entonces puedes de piruvato pasar fuera y este puede pasar a oxalacetato.
159 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Elongación El principal producto de la ácido graso sintasa es el palmitato. En los eucariotas, los ácidos grasos más largos se forman mediante elongaciones catalizadas por enzimas que están situados en la cara citosólica de la membrana del retículo endoplasmatico.
En estas reacciones se añaden secuencialmente unidades de dos carbonos, donde el donador es el malonil-CoA.
a partir del palmitato podemos hacer los demas no hay que saberlo todo.
se produce en el REL.
Insaturación crear un doble enlace. para eso deshidrogenamos.
acidograsocoa desaturasa (se produce en el RE).
Los sistemas del retículo endoplasmatico también introducen los dobles enlaces en acil-CoA de cadena larga. Por ejemplo, la conversión del estearoil CoA en oleoil CoA, una oxidasa hace servir oxigeno molecular i NADH (o NADPH) e introduce un enlace cis-∆9.
los omega3 y 6 no los puedo sintetizar, los tengo que ingerir porque a partir del carbono 10 no puedo.
160 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Metabolismo de los ácidos grasos: regulación el exceso d nadh la inhibe.
hace el paso del acetil al malonil el glucagon lo inhibira.
161 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esteroides Los esteroides son derivados del núcleo del ciclopentanoperhidrofenantreno o esterano que se compone de carbono e hidrógeno formando cuatro anillos fusionados, tres hexagonales y uno pentagonal; posee 17 átomos de carbono. En los esteroides esta estructura básica se modifica por adición de diversos grupos funcionales, como carbonilos e hidroxilos (hidrófilos) o cadenas hidrocarbonadas (hidrófobas).
fosfoesfingolipidos glicoesfingolipidos.
tienen esfingosina, no puede unir 3 ac.grasos, solo puede unir 2.
Colesterol El colesterol es un esteroide formado por la unión de cuatro anillos hidrocarbonados, en el cual en uno de los extremos se une una cola hidrocarbonada y en el otro un grupo hidroxilo.
162 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Este esteroide modula la fluidez de las membranas celulares animales y es el precursor de hormonas esteroides como la progesterona, testosterona, estradiol y el cortisol y también de múltiples compuestos como ácidos biliares, corticoides, etc.
No existe en procariotas ni en plantas. Su vía sintética es común a la de múltiples compuestos importantes vegetales, como los terpenos y sus derivados. Todos los átomos de carbono del colesterol derivan del acetil CoA a partir de un proceso de síntesis en tres etapas, que tiene lugar en el hígado: Acetil-CoA (C2)  Mevalonato (C6) Derivados del Isopreno (C5)  Polimerización del Escualeno (6 x C5)  Ciclación y formación del Colesterol (C27) LO IMP ES SABER QUE EL COLESTEROL SE SINTETIZA A PARTIR DE ACETILCOA.
1. Síntesis del pirofosfato de isopentenil, una unidad de isopreno activado que consume el precursor biosintético fundamental del colesterol.
2. Condensación de seis moléculas de pirofosfato de isoprenil para formar escualeno.
3. El escualeno se cicla y después el producto tetracíclico se convierte en colesterol.
La primera etapa tiene lugar en el citoplasma, mientras que las otras dos ocurren en el retículo endoplasmatico.
Etapas de la biosíntesis del colesterol 163 Detergentes.
BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Síntesis del mevalonato a partir del acetato.
Este conjunto de reacciones empieza con la formación de 3-hidroxi-3-metilglutaril CoA (HMG CoA) a partir de acetil CoA i acetoacetil CoA. Este intermediario se reduce a mevalonato para la síntesis de colesterol.
La síntesis de este mevalonato es el paso limitante en la formación de colesterol. El enzima que cataliza esta etapa irreversible, la 3-hidroxi-3-metilglutaril CoAreductasa (HMG CoA-reductasa), es un punto de control importante en la LA QUE FORMA EL MEVALONATO!! VERI IMPORTANT! biosíntesis del colesterol.
cuando formas el acetoacetil y pasa a HMGcoa, si atua la HMGcoa reductasa formaras el mevalonato, necesitaras poder reductor (NADPH que viene de la via de las pentosas fosfato) El 3-hidroxi-3-metilglutaril CoA mitocondrial puede ser procesado para formar cuerpos cetónicos.
Síntesis de isoprenoides activados: formación de enlaces de alta energía.
activación del mevalonato mediante la El mevalonato se convierte en 3-isopentenil pirofosfato en tres reacciones consecutivas que requieren ATP. En la última etapa, la liberación de CO2 genera pirofosfato de isopentenil, una unidad de isopreno activado que es un precursor biosintético fundamental para muchas biomoléculas importantes en todos los reinos de la vida. Este compuesto se isomeriza a pirofosfato dimetilalil.
crear glucosa --> higado y riñon esteroides ---> higado y glandula suprarenal lipidos (ac.grasos, triacigliceridos) --> higado y adipocito glucogeno --> higado y musculo 164 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Condensación de 6 moléculas de isoprenos activados para formar escualeno.
Formación de farnesil pirofosfato Esta etapa comienza con la condensación de una unidad de cada isómero (3isopentenil pirofosfato y dimetilalil pirofosfato), para formar un compuesto de 10 carbonos y se genera pirofosfato de geranil (terpeno C10).
Nuevamente este compuesto se condensa con otra unidad de pirofosfato de isopentenil y genera un compuesto de 15 carbonos pirofosfato de farnesil (sesquiterpeno C15). El mismo enzima la geranil transferasa cataliza cada una de estas condensaciones.
165 todos utilitan nadph BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Formación de escualeno El último paso es la síntesis de escualeno (C30), que es una condensación reductora cola-cola de dos moléculas de pirofosfato de farnesil catalizada por el enzima escualeno-sintasa de retículo endoplasmatico.
Ciclación del escualeno y conversión en colesterol Síntesis de lanosterol La etapa final de la biosíntesis de colesterol empieza con la ciclación del escualeno.
Primeramente, el escualeno se activa mediante la conversión a epóxido de escualeno en una reacción que utiliza O2 y NADPH. A continuación, el epóxido de escualeno se cicla a lanosterol mediante la epoxiescualeno-ciclasa.
RESUMEN DE LA SINTESIS DEL COLESTEROL (lo que hay que saberse) Se juntan 2 acetiles coa que forman cetoacetil, añades otro acetilcoa, formamos el HMGcoa, (HMGCOAREDUCTASA- inhibido por estatinas) --> mevalonato (6c)--> isopreneno --> se juntan 6 isoprene --> escualeno (compuesto ciclado) --> ciclaciones--> da ergocolesterol, colesterol, ….ESTEROLES EN GENERAL). a partir del colesterol puedes formar las hormonas esteroideas (progesterona, tetoster estrogenos, corticoides y aldosterona), acidos biliares y vitamina D.
166 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Síntesis de colesterol Enzimas en la membrana del RE • • • • 19 pasos Reducción del doble enlace de la cadena lateral (NADPH) Pérdida de 3 grupos metilos (oxidación y descarboxilación) Transferencia del doble enlace a C5-C6.
Destinos del colesterol de el isoprenil…puedes obtener muchas cosas esta en un paso intermedio. una de las cosas es el colesterol que puede dar ac.biliares, hormonas esteroideas y vitaminaD.
167 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Algunos ejemplos de terpenos vegetales Derivados del isopreno.
Constituyentes de aceites esenciales, resina y aguarrás.
• • • • • • Hemiterpenos: 1 unidad de isopreno (C5) Monoterpenos: 2 x isopreno (C10, geranil) Sesquiterpenos: 3 x isopreno (C15, farnesil) Diterpenos: 4 x isopreno (C20) Tetraterpenos : 8 x isopreno (C40, licopeno, caroteno) Politerpenos: n x isopreno (gutapercha, caucho) Síntesis de carotenos lo que da el color naranja.
Otros derivados de isoprenos important.
LA M Y LA D TAMBIEN.
TODAS LAS LIPOSOLUBLES.
168 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Destinos del colesterol Ácidos biliares Síntesis hepática mediante la acción de hidroxilasas.
Poseen poder detergente, importante en digestión.
En bilis, conjugados mediante el ác. carboxílico con glicina o taurina, formando sales biliares.
Si no tienes Taurina: Esencial para gatos: Degeneración macular y ceguera, pérdida pelo y dientes.
de Las sales biliares son derivados de los ácidos biliares que a su vez son derivados del colesterol. Las sales biliares son los principales constituyentes de la bilis, que solubilizan los lípidos procedentes de la alimentación.
Hormonas esteroideas 169 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El colesterol es el precursor de cinco clases principales de hormonas esteroideas: los progestágenos, los glucocorticoides, los mineralocorticoides, los andrógenos y los estrógenos.
Estas hormonas son moléculas de señalización potentes que regulan una serie de funciones del organismo.
Activación transcripcional mediada por hormonas esteroideas Las hormonas esteroides se unen y activan muchas moléculas receptoras que actúan como factores de transcripción para regular la expresión génica.
Estas moléculas pequeñas semejantes tienen efectos muy diferentes, ya que las ligeras diferencias estructurales que hay entre ellas les permiten interaccionar con moléculas receptoras específicas.
Ésteres de colesterol 170 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esterificación por la acil-CoA colesterol aciltransferasa (ACAT), activable por colesterol libre.
Muy hidrofóbicos (necesidad de complejos de lipoproteínas).
Forma de almacenamiento.
La ACAT es regulada el colesterol libre intracelular.
Regulación de la síntesis de colesterol Regulación compleja y a diferentes niveles.
Principal elemento regulado: HMGCoA Reductasa (HMGCoA R).
Regulación de niveles y actividad de la HMG-CoA R.
• • • • • Inhibición alostérica por colesterol y derivados (feed-back).
La fosforilación por la AMPK inhibe la actividad HMG-CoA R (glucagón  ↑ fosforilación).
El colesterol disminuye la transcripción del mRNA de la HMG-CoA R.
El mevalonato y derivados inhiben la traducción del mRNA de la HMG-CoA R.
El mevalonato, colesterol y derivados favorecen la degradación (ubiquitinación) de la HMG-CoA R.
Inhibidores de la HMG-CoA Reductasa: Estatinas 171 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esquema general de la síntesis de colesterol Hormonas esteroideas 172 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Estructura de las lipoproteínas Las lipoproteínas constituyen el sistema de transporte de lípidos y colesterol.
La mayor parte de los ácidos grasos libres se asocia con albúmina, sin formar LP.
Partículas globulares tipo micelas con dos componentes: Apoproteínas + Lípidos En las LP se diferencia:   núcleo no polar: triglicéridos y ésteres de colesterol.
cubierta anfifílica compuesta de apolipoproteínas, fosfolípidos y colesterol.
Características principales de las lipoproteínas TIPOS DE LIPOPROTEÍNAS Densidad cubierta proteica > núcleo.
La densidad de las lipoproteínas aumenta cuando disminuye el diámetro de la partícula. (las HDL son las más pequeñas).
173 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Quilomicrones: empaquetados por las células de la mucosa intestinal en los que se transporta ésteres de colesterol de la dieta junto con triacilglicéridos procedentes de ácidos grasos de la dieta generados también por estas células. Al hígado, músculo y adiposo.
VLDL, IDL y LDL: Sintetizados en el hígado para transportar triacilglicéridos endógenos (VLDL) y colesterol (LDL) desde el hígado a los tejidos.
Las lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL), que se sintetizan en el hígado, transportan los lípidos a los tejidos. Al transportarse las VLDL a través del cuerpo, van perdiendo los triacilgliceroles y algunas apoproteínas y fosfolípidos. Finalmente, los restos de VLDL sin triacilgliceroles son captados por el hígado o convertidos en lipoproteínas de baja densidad (LDL). Las LDL transportan el colesterol a los tejidos.
HDL: transportan colesterol y otros lípidos desde los tejidos hasta el hígado.
El papel de las HDL, que también se producen en el hígado, parece ser las que eliminan el colesterol excesivo de las membranas celulares. Los ésteres de colesterol se forman cuando la enzima plasmática lecitina: colesterol aciltransferasa (LCAT) transfiere un residuo de ácido graso desde la lecitina al colesterol.
Actualmente se piensa que las HDL transportan estos ésteres de colesterol al hígado. El hígado, el único órgano que puede desprenderse del exceso de colesterol, convierte la mayoría de éste en ácidos biliares.
174 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Tipos de apolipoproteínas Enzimas involucrados en el metabolismo de LP Lipoproteína lipasa (LPL)        Hidrolasa de triacilgliceroles: hidroliza lípidos de lipoproteínas (de Quilomicrones y VLDL) a 3 x ác. grasos + glicerol.
Requiere Apo C-II como cofactor y es inhibida por la Apo C-III.
Localizada en la superficie de las células endoteliales de capilares (tejidos adiposo, mamario, cardiaco y muscular). Diferente sensibilidad a insulina.
También funciona mediando la unión de lipoproteínas mediada por receptor.
Se sintetiza como proenzima inactivo en los tejidos donde actúa.
Su deficiencia o mutación causa hiperlipoproteinemia (hipertriglicemia).
Su actividad provoca la disminución del tamaño de los quilomicrones, enriqueciéndolos en colesterol (quilomicrones remanentes).
Función de la Lipoprotein lipasa (LPL) 175 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Lipasa hepática.
Triglicérido hidrolasa de función similar a la LPL, pero en hígado.
Lecitina: Colesterol Acil Transferasa (LCAT).
Hidroliza un ácido graso de la lecitina (de HDL) y lo esterifica con colesterol Lisolecitina, que es captada por la albúmina, quedando el colesterol esterificado en un HDL más estable.
• • • • La LCAT, plasmática, se asocia a las HDL y LDL por una hélice anfipática.
Principal modo de generación de EC en plasma, y mecanismo para sacar colesterol de los tejidos y llevarlo al hígado.
La Apo A-I (principal proteína de HDL) es un cofactor imprescindible.
La Apo C-II, C-III y D inhiben la LCAT.
Acil-CoA: Colesterol Acil Transferasa (ACAT).
• Esterifica el colesterol intracelularmente.
• • Dos isoformas: 1 y 2 (intestinal).
Importancia de la reacción:  limita la solubilidad en la membrana (la acumulación de su exceso es tóxica). Así se acumula el E.C. en gotas citoplasmáticas  Los E.C. incorporados a los Quilomicrones son producto de la ACAT en células del intestino.
176 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL  2011/2012 Implicada en la producción y liberación hepáticas de lipoproteínas contenedoras de Apo B (VLDL).
ACAT y CEPT Cholesteryl ester transfer protein (CETP).
• • • • Proteína plasmática que facilita el transporte de EC y TG entre HDL y las lipoproteínas que contienen Apo B (VLDL y LDL).
Formados por células de la mucosa intestinal (naciente, con Apo B-48 y carente de Apo C-II).
Transportan colesterol de la dieta junto con triglicéridos procedentes de ácidos grasos exógenos.
Se adhieren a sitios de unión del endotelio de capilares del musc.
esquelético y tejido adiposo.
 LPL (activada por la Apo C-II) hidroliza los TGs.
 Monoacilglicerol y ácidos grasos entran en células.
 Disminución del tamaño de los quilomicrones y enriquecimiento en colesterol.
 Disociación del endotelio capilar y devolución de la Apo C-II (Quilomicrones remanentes).
 Circulan hasta el hígado, a donde llega el colesterol dietario.
Endocitosis mediada por Apo B-48 y Apo E.
Metabolismo de los Quilomicrones 177 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esquema global del metabolismo de lipoproteínas Metabolismo de las VLDL • • Semejante al de los QM, pero se forman a partir de lípidos del hígado.
Son también afectados por la LPL en capilares de tejido adiposo y muscular.
Metabolismo de las LDL • • • • Son el producto final de la acción de la LPL sobre las VLDL.
Células de hígado y adrenales las captan mediante el receptor de ApoB-100.
La cantidad de receptor de las LDL se regula por las necesidades de colesterol por parte de la célula.
Estos receptores se asocian con las vesículas recubiertas de clatrina. Las vesículas con las LDL son endocitadas  endosomas  lisosomas  hidrólisis de los C.E.  reciclamiento de los receptores de LDL.
178 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El exceso de LDL conlleva hipercolesterolemia. Uso de estatinas para inhibir la HMGCoA reductasa  ↑ Síntesis de receptores de LDL  Captación de LDL.
179 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esquema global del metabolismo de lipoproteínas Metabolismo de las HDL • • • • Sintetizadas en el hígado como pequeñas y densas partículas discoidales carentes de EC.
Recogen el colesterol de las membranas celulares mediante interacción de su Apo A-I con las ATP-binding cassette transporters La LCAT convierte el colesterol en EC.
También incorporan fosfolípidos celulares y de lipoproteínas (PLTP o Phospholipid transfer protein).
HDL maduros (esféricos):  Endocitosis hepática (y de tejidos esteroidogénicos) mediada por receptor.
 La CETP intercambia EC de las HDL por TG’s de las VLDL LDL  endocitosis hepática mediada por receptor.
Patologías relacionadas Numerosas patologías cursan con dislipoproteinemia.
EJEMPLO: Hiperlipemia equina (ponies y burros) Causada por la escasa capacidad de los caballos de fabricar cuerpos cetónicos. No responden con cetosis al ayuno sino con lipólisis exagerada.
TG hepáticos  Hiperlipoproteinemia.
180 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esquema global del metabolismo de lipoproteínas 181 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esquema global del metabolismo de ácidos grasos 182 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fosfoglicéridos (fosfatidil glicéridos) Son hidroxilos de C-1 y C-2 del glicerol esterificados con grupos carboxilo de las cadenas de ác. grasos. Grupo polar unido al C-3 mediante enlace fosfodiéster.
Su nombre deriva del alcohol polar del grupo de la cabeza. El más simple: ácido fosfatídico, del cual derivan el resto.
Los ácidos grasos de los fosfoglicéridos puedes ser variables incluso dentro de un mismo fosfoglicérido. En general: • • C-1: ác. graso saturado (C16 ó C18).
C-2: ác. graso insaturado (de C18 a C20).
Fosfoglicéridos. Estructura Fosfoglicéridos. Metabolismo La ruta comienza con el glicerol-3-fosfato, que se forma fundamentalmente por la reducción de dihidroxiacetona fosfato (DHAP), un intermediario glucolítico, y en menor grado de la fosforilación del glicerol. La adición de dos ácidos grasos al glicerol-3-fosfato da lugar a fosfatidato.
1. El acil CoA aporta una cadena de ácido graso para formar el lisofosfatidato.
183 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 2. Un segundo acil CoA aporta una cadena de ácido graso para formar el fosfatidato.
Estas acilaciones están catalizadas por la glicerol-fosfato aciltransferasa. En la mayor parte de los fosfatidatos la cadena unida al C1 está saturada, mientras que la que está unida al C2 está insaturada.
Este es el punto donde las rutas divergen. En la síntesis de triglicéridos, el fosfatidato se hidroliza mediante una hidrolasa específica y se obtiene diacilglicerol (DAG). Este intermediario se acila a triacilglicerol mediante la adición de una tercera cadena de ácido graso, en una reacción catalizada por la diacilglicerolaciltransferasa. Todos los enzimas están asociados en un complejo triacilglicerolsintasa que se encuentra unido a la membrana del retículo endoplasmatico.
El principal sitio de síntesis de triglicéridos es el hígado, desde donde se transporta al músculo (energía) o a los adipocitos (tejido adiposo), para almacenarse.
Fosfoglicéridos (fosfatidil glicéridos) La ruta de novo comienza con la reacción entre el fosfatidato y el trifosfato de citidina (CTP) para formar el diacilglicerol activado, el diacilglicerol-citidina difosfato (CDP-diacilglicerol).
La unidad de fosfatidil activado reacciona entonces con el grupo hidroxilo de un alcohol para formar un enlace fosfodiéster. Si el alcohol es inositol, los productos son fosfatidil inositol y citidina monofosfato.
184 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • 2011/2012 Activación mediante CDP:  del –OH del C-3 del DAG (formando CDP-DAG) o,  del –OH del grupo polar a añadir (exclusiva de procariotas).
Síntesis de fosfatidiletanolamina a partir de un alcohol activado La fosfatidiletanolamina, un fosfolípido habitual de los mamíferos, se sintetiza a partir del alcohol etanolamina. Para activar la etanolamina se fosforila mediante un ATP para formar el precursor, la fosforiletanolamina. A continuación este precursor reacciona con el CTP y forma el alcohol activado, la CDP-etanolamina. La unidad fosforiletanolamina de la CDP-etanolamina se transfiere a un diacilglicerol y forma la fosfatidiletanolamina.
185 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Síntesis de fosfatidilcolina  a partir de la fosfatidiletanolamina En el hígado hay un enzima, la fosfatidiletanolamina-metiltranferasa, que sintetiza fosfatidilcolina a partir de fosfatidiletanolamina cuando la colina ingerida es insuficiente. El grupo amino de esta fosfatidiletanolamina se metila tres veces y forma fosfatidilcolina. El dador de los grupos metilos es la S-adenosilmetionina.
Cofactores enzimáticos importantes para las reacciones de transferencia de grupos de un carbono.
Síntesis de fosfatidilcolina.  de recuperación a partir de la colina libre 186 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Importante vía en animales superiores, no limitada a la disponibilidad de Met (aa esencial).
Síntesis de fosfatidilserina.  A partir de DAG activado (bacterias y levaduras) Síntesis de fosfatidilserina. A partir de fosfatidiletanolamina (mamíferos: dos opciones) La fosfatidilserina constituye el 10% de fosfolípidos presente en los mamíferos. Este fosfolípido se sintetiza mediante una reacción de intercambio de bases de la serina con la fosfatidiletanolamina.
La fosfatidilserina normalmente se localiza en la cara interna de la bicapa lipídica de la membrana plasmática, pero durante la apoptosis se desplaza hacia la cara externa. De esta manera puede servir para que los fagocitos sean atraídos y consuman los restos de la célula una vez se ha completado la apoptosis Síntesis de fosfatidilinositol.  A partir de DAG activado (explicado en el apartado Fosfoglicéridos (fosfatidil glicéridos)) 187 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Precursor de IP3, importante molécula señalizadora de ciertas hormonas que actúa vía Ca2+ (α-adrenérgicas).
Fosfoglicéridos. Recambio de fosfatidilinositoles Catabolismo de triglicéridos. Fosfolipasas.
Fosfoglicéridos. Metabolismo de fosfatidilinositoles 188 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esfingolípidos. Estructura Los esfingolípidos se encuentran en la membrana de las células eucariotas, no obstante hay una mayor concentración de ellos en las células del sistema nervioso central.
EL esqueleto de un esfingolípido es la esfingosina, en vez del glicerol.
.
El esqueleto de esfingosina Compuestos de: • • dos colas apolares: una molécula de esfingosina (aminoalcohol de cadena larga) o derivado, y una cadena de un ácido graso de cadena larga.
un grupo polar unido mediante enlace glucosídico o fosfodiéster.
El más simple es la ceramida (X= H), de la que derivan el resto.
Síntesis de esfingosina El palmitoil CoA y la serina se condensan para formar 3-oxoesfinganina, que se reduce a dihidroxiesfingosina antes de convertirse en esfingosina.
Esfingosina: Aminoalcohol con una cadena monoinsaturada de 18C.
189 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Ceramida Esfingomielinas, presentes en membranas plasmáticas de células animales.
Componentes de la mielina.  Contienen fosfatidilcolina o fosfatidiletanolamina como cabeza polar.
Cerebrósidos y globósidos.
190 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Contienen uno o más azúcares conectados directamente al –OH del C-1 de la ceramida.
Presentes en la cara externa de las membrana.
   Cerebrósidos: contienen un único azúcar: Globósidos: contienen 2 ó más azúcares.
Carecen de carga a pH neutro.
Gangliósidos Los más complejos: cabeza polar de oligosacáridos y uno o más residuos de un ácido siálico predominante, el ácido acetilneuramínico (Neu5Ac o NANA) en el extremo.
Tienen carga negativa a pH 7.0 Denominación:   GMx: Contienen un residuo de ác. siálico.
GDx, GTx, GQx: contienen 2, 3, 4, etc.: 191 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Esfingolípidos. Función Importantes en sitios de reconocimiento en membranas.
Degradación de fosfolípidos y esfingolípidos Tiene lugar en los lisosomas.
Existe una fosfolipasa específica para cada enlace hidrolizable de los fosfolípidos.
Los esfingolípidos son hidrolizados secuencialmente.
Defectos en estos enzimas causan la acumulación del correspondiente sustrato y una enfermedad característica en cada caso.
192 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Derivados de fosfolípidos: Eicosanoides Son hormonas paracrinas, derivados del ácido araquidónico.
Regulan amplia variedad de funciones (reproducción, inflamación, fiebre, dolor, coagulación, presión sanguínea, secreción gástrica, etc.).
Derivados de fosfolípidos: Ácido araquidónico Ácido graso poliinsaturado de la serie omega-6.
Es esencial para la mayoría de mamíferos: tienen escasa capacidad de sintetizarlo a partir del ác. linoleíco, sobre todo el gato y león.
El ácido araquidónico no se encuentra en plantas. Los animales que no lo pueden sintetizarlo son carnívoros.
193 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Las proteínas de la dieta constituyen una fuente vital de aminoácidos. Son especialmente importantes las proteínas de la dieta que contienen aminoácidos esenciales, es decir, aminoácidos que no pueden ser sintetizados y que, por tanto, se tienen que introducir a través de la dieta. Otra fuente fundamental de aminoácidos es la degradación de las proteínas celulares.
La digestión de proteínas empieza en el estómago, donde el entorno ácido favorece la desnaturalización de las proteínas en cadenas desplegadas, que son más accesibles para su degradación que las nativas. El enzima proteolítico principal del estómago es la pepsina.
La degradación de proteínas continúa en el lumen del intestino. El páncreas secreta una serie de enzimas proteolíticos en forma de zimógenos inactivos que se convierten después en enzimas activos. La digestión se incrementa con otros enzimas como la N-amilopeptidasa, localizada en las membranas plasmáticas de las células intestinales.
La amilopeptidasa digiere las proteínas desde su extremo amino terminal.
Los aminoácidos individuales, y también dipéptidos o tripéptidos son transportados desde el lumen al interior de las células intestinales y posteriormente son liberados al torrente sanguíneo para que lleguen a otros tejidos.
¿Cuál es la destinación de los aminoácidos que se liberan por la digestión o el recambio de proteínas? La primera posibilidad es que hagan de recambio para las reacciones biosinteticas.
De todas formas los que no se necesitan son degradados en compuestos capaces de incorporarse al metabolismo.
194 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Inicialmente el grupo amino se elimina, y a continuación, el esqueleto carbonado que nos queda se metaboliza a glucosa, un intermediario del ciclo del ácido cítrico, o a acetil CoA.
El lugar principal de la degradación de los aminoácidos es el hígado, aunque el musculo degrada fácilmente también los aminoácidos de cadena ramificada (Leu,Ile,Val).
Resumen del catabolismo del grupo amino 195 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Eliminación del amonio (I) Transaminación (aa transaminasas) Los grupos α-amino de muchos aminoácidos se transfieren al α-cetoglutarato para que forme glutamato, que después se desamina oxidativamente y da el ión amonio (NH4+).
Las aminotransferasas catalizan la tranferéncia de un grupo α-amino desde un αaminoácido hasta un α-cetoácido. Estos enzimas se denominan también transaminasas, canalizan generalmente los grupos α-amino de muchos aminoácidos hacia el α-cetoglutarato para convertirlos en NH4+.
La aspartato transaminasa, uno de los enzimas de este tipo más importantes, cataliza la transferencia del grupo amino del aspartato al α-cetoglutarato.
Las transaminasas tienen el mismo mecanismo de reacción y requieren el coenzima PLP, derivado de la piridoxina (vit. B6).
196 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Eliminación del amonio (II) Por desaminación oxidativa del Glu en mitocondria (glutamato deshidrogenasa: puede utilizar NAD+ y NADP+!!) El átomo de nitrógeno del glutamato se convierte en ión amonio libre mediante la desaminación oxidativa. La glutamato-deshidrogenasa cataliza esta reacción. Este enzima es inusual, porque tiene la capacidad de hacer servir tanto NAD+ como NADP+, al menos es algunas especies. La reacción se produce mediante la deshidrogenación del enlace C-N, seguida de la hidrólisis de la base de Schiff resultante.
En la mayor parte de los vertebrados terrestres, el NH4+ se convierte en urea, la cual se excreta.
Eliminación del amonio (III) Otras desaminaciones Desaminaciones oxidativas directas, por deshidratasas Los grupos α-amino de la serina y de la treonina se pueden convertir en amonio sin ser transferidos inicialmente al α-cetoglutarato. La serina-deshidratasa y la treonina-deshidratasa catalizan estas desaminaciones directas, en las cuales el grupo prostético es el PLP.
197 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Ciclo de los purín-nucleótidos: bastante activo en músculo. Efecto neto de desaminar Asp para producir fumarato.
Transporte del amonio en sangre Ciclo de la glucosa-alanina El nitrógeno se transporta desde el músculo al hígado de dos maneras principales.
El glutamato se forma por reacciones de transaminación, pero entonces el nitrógeno se transfiere al piruvato para formar alanina, que se libera en la sangre.
El hígado capta la alanina y la reconvierte en piruvato mediante la transaminación.
El piruvato se puede utilizar para la gluconeogénesis y el grupo amino aparece, finalmente, como urea. Este transporte se llama ciclo de la glucosa-alanina.
198 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Ciclo de la urea Aves y reptiles: Uricotélicos Especies acuáticas: Amoniotélicos Vertebrados terrestres: Ureotélico Una parte del NH4+ producido durante la degradación de los aminoácidos se consume en la biosíntesis de compuesto nitrogenados. En la mayor parte de los vertebrados el excedente se convierte en urea, que es excretada posteriormente.
En los vertebrados la urea se sintetiza mediante el ciclo de la urea.
Balance global del ciclo de la urea Uno de los átomos de nitrógeno de la urea se transfiere desde un aminoácido, aspartato; el otro átomo de nitrógeno procede directamente del NH4+ libre, y el átomo de carbono procede del HCO3- (resultante de la hidratación del CO2).
199 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Carbamil fosfato sintetasa (CPS) El ciclo de la urea empieza con la asociación de NH3 libre con HCO3- para formar fosfato de carbamil, catalizado por el enzima carbamil fosfato sintetasa.
La reacción empieza con la fosforilación del bicarbonato, que seguidamente reacciona con el NH3 y genera ácido carbámico. Finalmente una segunda molécula de ATP fosforila el ácido carbámico a carbamil fosfato. Esta reacción es prácticamente irreversible y en mamíferos se necesita para funcionar Nacetilglutamato.
Forma mitocondrial (CPS I): utiliza el amonio como donador de nitrógeno.
Forma citosólica (CPS II): utiliza la Gln. Implicada en la síntesis de piridinas.
Ornitina transcarbamilasa (mitocondrial) El grupo carbamil del carbamil fosfato, que tiene un alto potencial de transferencia gracias al enlace anhídrido que tiene, se transfiere a la ornitina y forma citrulina, reacción catalizada por la ornitina transcarbamilasa 200 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 .
Estas tres reacciones que acabamos de ver se producen en la matriz mitocondrial, por lo tanto la citrulina tiene que ser transportada al citosol.
Argininsuccinato sintetasa (citosólica) La citrulina (ya citosólica) se condensa con el aspartato, el donador del segundo grupo amino de la urea. Esta síntesis de arginino succinato, esta catalizada por la argininsuccinato sintetasa, que es impulsada por la escisión del ATP en AMP y pirofosfato, y por la hidrólisis posterior del pirofosfato.
• • El segundo nitrógeno de la urea se introduce por condensación del grupo ureído de la citrulina con el grupo amino del Asp.
Consumo de dos enlaces de alta energía.
Arginin succinasa (citosólica) La arginin succinasa escinde el arginino succinato en arginina y fumarato. Por tanto, el esqueleto carbonado del aspartato se conserva en forma de fumarato.
• El fumarato formado es convertido en OAA por las reacciones del TCA (fumarasa y malato deshidrogenasa) y este usado en gluconeogénesis.
201 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Arginasa (citosólica) Finalmente, la arginina se hidroliza y genera urea y ornitina en una reacción catalizada por la arginasa. Después, la ornitina vuelve a la mitocondria para comenzar otro ciclo. La urea se excreta.
Los seres vivos excretan aproximadamente 10 Kg de urea cada año   Coste del ciclo de la urea: 4 enlaces de alta energía.
La oxidación del esqueleto de carbohidratos de los aa que han donado sus grupos amino por transaminación al Glu y Asp representa la mitad del oxígeno que el hígado consume.
202 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Ciclo de la urea. Regulación   Omnívoros: control de la expresión génica según cantidad de aminoácidos de la dieta.
Carnívoros estrictos: expresión constitutiva (degradación de aminoácidos en ayuno).
Ciclo de la urea: conexiones con ciclo de Krebs La síntesis de fumarato durante el ciclo de la urea es importante, ya que es un precursor para la síntesis de glucosa. El fumarato se hidrata a malato, que, a su vez, se oxida a oxalacetato. El oxalacetato se puede convertir en glucosa mediante la ruta gluconeogénica o en aspartato por medio de la transaminación.
203 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El destino de las cadenas carbonadas de los aminoácidos 204 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La estrategia de degradación de los aminoácidos consiste en transformas los esqueletos carbonatados en intermediarios metabólicos principales, que se pueden convertir en glucosa o se pueden oxidar mediante el ciclo del ácido cítrico.
Características de los aminoácidos • • • Sustratos energéticos, especialmente en carnívoros.
El destino del N es único, pero el esqueleto de C sigue diferentes vías.
Productos finales: Los aminoácidos que se degradan a acetil CoA o acetoacetil CoA se denominan aminoácidos cetogénicos, ya que pueden dar cuerpos cetónicos o ácidos grasos. Los aminoácidos que se degradan a piruvato, α-cetoglutarato, succinil CoA, fumarato u oxalacetato se denominan aminoácidos glucogénicos.
Aminoácidos que producen Piruvato (I) (Ala, Ser, Cys, Gly y Thr) Alanina: transaminación directa La transaminación de la alanina proporciona directamente piruvato.
205 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El glutamato a continuación se desamina oxidativamente para proporcionar NH4+ y regenerar el α-cetoglutarato.
Aminoácidos que producen Piruvato (II) Glicina Adición de grupo hidroximetilo Rotura oxidativa (crítica en mamíferos) Treonina Descarboxilación y desaminación  Succinil-CoA 206 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Aminoácidos que producen Piruvato (III) Serina Deshidratación Transferencia del grupo hidroximetilo vía THF Aminoácidos que producen Piruvato (IV) Cisteína: diversas vías, según cómo se desprende del azufre La cisteína se puede convertir en piruvato mediante algunas rutas, que provocan la aparición del átomo de azufre en forma de H2S, SCN- o SO32-.
Puede ser una vía de detoxificación de cianuro. Importante en consumo de ciertas plantas ricas en glucósidos cianogénicos.
Producción de TAURINA Aminoácidos que producen oxalacetato (Asp y Asn) Aspártico 207 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Asparagina: produce aspártico por desaminación.
Aminoácidos que producen α-cetoglutarato (I) (Glu, Gln, His, Arg y Pro) Glutámico: Glutamina Histidina Aminoácidos que producen α-cetoglutarato (II) Arginina 208 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Prolina Apertura del anillo por oxidación. Reacciones reversibles que funcionan en la síntesis de Pro.
Aminoácidos que producen succinil-CoA (I) (Met y Thr) Metionina: Esencial, escaso en proteínas. Sintetizado por bacterias y plantas.
Actúa como reservorio de SAM.
La metionina se convierte en succinil-CoA en nueve etapas. La S-adenosilmetionina, es una molécula importante para la transferencia de grupos metilo.
Por desmetilación 209 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Treonina.
Puede dar succinil o piruvato.
Desaminación y deshidratación.
210 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Aminoácidos de cadena ramificada (I) (Leu, Ile, Val) Su oxidación tiene lugar en tejidos extrahepáticos: Aminoácidos de cadena ramificada (II) 211 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Aminoácidos de cadena ramificada (III) 212 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Lisina Aminoácidos aromáticos (I) (Trp, Phe, Tyr) Su ruta de degradación no es tan sencilla como la de los aminoácidos anteriores. En el caso de los aminoácidos aromáticos, se hace servir oxigeno molecular para romper un anillo aromático.
Triptófano. La más compleja de las vías.
Para la degradación del triptófano hacen falta unas cuantas oxigenasas.
213 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Aminoácidos aromáticos (II) La fenilcetonuria es una enfermedad debida a la ausencia o deficiencia de fenilalaninahidroxilasa, o más raramente de su cofactor, la tetrahidrobiopterina (THB). Su efecto principal es que la fenilalanina se acumula en todos los fluidos corporales, ya que no se puede convertir en tirosina. Esta enfermedad provoca un grave retardo mental y posteriormente la muerte.
214 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Aminoácidos aromáticos (III) 215 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los aminoácidos, son el componente esencial de las proteínas y la fuente de nitrógeno para muchas otras moléculas importantes, como nucleótidos, los neurotransmisores y los grupos prostéticos, como por ejemplo las porfirinas. La biosíntesis de aminoácidos está estrechamente conectada con la nutrición, ya que muchos organismos superiores, incluyendo seres humanos, han perdido la capacidad de sintetizar algunos aminoácidos, y por tanto, tienen que obtener las cantidades adecuadas de estos aminoácidos esenciales mediante la dieta.
El nitrógeno es un componente esencial de los aminoácidos. La Tierra tiene una provisión abundante de nitrógeno, pero principalmente en forma de gas nitrógeno atmosférico, una molécula bastante inerte. El nitrógeno en forma de amoniaco (NH3), es la fuente de nitrógeno de todos los aminoácidos, que algunas plantas pueden obtener (estas y las bacterias son las únicas que pueden sintetizar todos los aminoácidos) de las bacterias fijadoras de nitrógeno. El esqueleto carbonatado se obtienen de la ruta glucolítica, de la de las pentosas fosfato o del ciclo del ácido cítrico.
La deficiencia de un solo aminoácido provoca problemas de crecimiento, infertilidad, etc.
Ciclo del nitrógeno El nitrógeno de aminoácidos, purinas, pirimidinas y otras biomoléculas procede del nitrógeno atmosférico. El proceso sintético se inicia con la reducción de N2 a NH3, un proceso llamado fijación del nitrógeno. Esta conversión se lleva a cabo por los Rhizobium, que invade las raíces de las plantas leguminosas y forma nódulos en los cuales fija el nitrógeno, que es aprovechado tanto por ellos como por la planta.
216 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fijación del nitrógeno por el complejo Nitrogenasa El proceso biológico de fijación del nitrógeno requiere un enzima complejo con numerosos centros redox. El complejo nitrogenasa, que lleva a cabo esta transformación fundamental, está formado por dos proteínas: una reductasa, que proporciona electrones con gran poder reductor y la nitrogenasa, que utiliza estos electrones para reducir el N2 a NH3.
• • Muy conservada. No en todas las plantas.
Altamente sensible a la inactivación por oxígeno.
Reacciones en el complejo Nitrogenasa 217 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Fijación del nitrógeno por el complejo Nitrogenasa Reductasa (ferro-proteína o Fe-proteína): dímero de subunidades idénticas de 30 kDa conectadas mediante un centro redox 4Fe-4S.
Vida media en presencia de oxígeno: 30 seg.
Nitrogenasa (Fe proteína). Tetrámero a2b2 de 240 kDa. Contiene Fe y Mo.
Centro redox: 2 Mo, 32 Fe y 30 S por tetrámero repartidos en: • • P clústers y FeMo cofactor 218 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 La incorporación de amonio a los aminoácidos La etapa siguiente es la incorporación del nitrógeno a las biomoléculas. El grupo αamino de la mayor parte de los aminoácidos proviene del grupo α-amino del glutamato, mediante reacciones de transaminación. La glutamina, el otro dador de nitrógeno principal, contribuye con el átomo de nitrógeno de su cadena lateral en la biosíntesis de un grupo amplio de compuestos importantes, incluyendo los aminoácidos triptófano e histidina.
Como glutamato: glutamato deshidrogenasa.
El glutamato se sintetiza a partir de NH4+ y α.cetoglutarato, un intermediario del ciclo de Krebs, mediante la acción de la glutamato-deshidrogenasa.
Esta reacción se produce en dos etapas. En primer lugar, se forma una base de Schiff intermedia. En la segunda etapa la base de Schiff protonada se reduce mediante la transferencia de un ión hidruro des del NADPH para formar glutamato.
• • • • Muy alta Km para el amonio (~1mM) En todos organismos (matriz mitocondrial) Un único paso de síntesis de glutamato.
Inversa a la incorporación de amonio en el ciclo de la urea.
Como glutamina: glutamina sintasa.
La acción de la glutamina sintasa determina la incorporación de un segundo ión amonio al glutamato, para formar glutamina. Esta aminación es impulsada por la hidrólisis de ATP, que participa directamente en la reacción mediante la fosforilación de la cadena lateral del glutamato, que posteriormente reaccionara con el amoníaco y producirá glutamina.
219 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 En microorganismos: glutamato sintasa.
La mayor parte de procariotas contienen también un enzima que no está emparentado evolutivamente, la glutamato sintasa, que cataliza la aminación reductora del α-cetoglutarato a glutamato, mediante la glutamina como dador de nitrógeno.
Cuando el NH4 escasea: Los precursores de los aminoácidos Los seres humanos no pueden producir por si solos nueve de los veinte aminoácidos, por lo tanto éstos tienen que sr suministrados a través de la dieta y se denominan aminoácidos esenciales, mientras que el resto se denominan aminoácidos no esenciales.
Los aminoácidos no esenciales se sintetizan mediante reacciones bastante sencillas.
Mientras que las rutas de formación de los esenciales son bastante complejas.
220 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Cofactores enzimáticos de importancia en el metabolismo de aminoácidos Reacciones de transaminación: Piridoxal fosfato Reacciones de transferencia de compuestos de 1 C: Conversiones entre las diferentes formas de compuestos monocarbonados en el THF.
221 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Las vías de síntesis de los aminoácidos (I) Derivados del a-CG (2-oxoglutarat) Derivados del 3-fosfoglicerato Derivados del oxalacetato 222 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Derivados del piruvato Síntesis de aminoácidos aromáticos (I) Síntesis de aminoácidos aromáticos (II) 223 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Síntesis de Histidina La regulación alostérica de la glutamina sintasa 224 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los aminoácidos sirven de precursores no solamente de proteínas y péptidos, sino que también de moléculas pequeñas que tienen funciones biológicas importantes y diversas.
• • • • • • Las purinas y pirimidinas derivan, en gran parte, de aminoácidos.
El extremo reactivo de la esfingosina, un intermediario de la síntesis de esfingolípidos.
La histamina, un potente vasodilatador, que se obtiene a partir de la descarboxilación de la histidina.
La tirosina es un precursor de las hormonas tiroxina y epinefrina, así como de la melanina.
El neurotransmisor serotonina y el anillo nicotinamida del NAD+ se sintetizan a partir del triptófano.
Tetrapirroles o Porfirinas (hemo, una porfirina de hierro).
o Clorofilas.
o Ficobilinas, pigmentos fotosintéticos de algas o Cobalaminas (Vitamina B12 y derivados) Porfirinas • • Todos los N son derivados de la Gly Todos los C derivan del succinato y de la Gly Síntesis de porfirinas (I) • • • • Condensación de Gly y succinil-CoA para formar Aminolevulinato (ALA).
Paso limitante en la síntesis, inducible por esteroides y drogas El grupo Hemo inhibe la traducción de la ALA sintasa.
La ALA sintasa funciona con piridoxal-P (grupo prostético transaminasas).
de 225 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Dos moléculas de δ-aminolevulinato se condensan y forman el porfobilinógeno, el siguiente intermediario. Después, cuatro moléculas de este se unen cabeza con cola y forman un tetrapirrol lineal, en una reacción catalizada por la porfobilinógeno desaminas.
Este tetrapirrol lineal unido al enzima se cicla y da lugar al uroporfirinógeno III, que presenta una organización asimétrica de las cadenas laterales. Esta acción requiere una cosintasa. En presencia nada más de sintasa, se produce el uroporfirinógeno I, un isómero simétrico sin función biológica.
En estas etapas queda formado el esqueleto de la porfirina. Las reacciones posteriores alteran las cadenas laterales y el grado de saturación del anillo de porfirina.
226 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 El coproporfirinógeno III se forma por la descarboxilación de las cadenas de acetato. La desaturación del anillo de porfirina y la conversión de dos de las cadenas laterales de propionato en grupos vinilo da lugar a la protoporfirina IX.
Para acabar, la quelación del hierro da el hemo, el grupo prostético de proteínas como la mioglobina, hemoglobina, la catalasa, la peroxidasa y el citocromo c. La ferrocatalasa cataliza la incorporación de la forma ferrosa del hierro. Este es transportado por el plasma por la transferrina, una proteína que une dos iones férricos, y se acumula en los tejidos en forma de ferritina.
227 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Porfírias Son enfermedades, heredadas o adquiridas, causadas por una deficiencia de las enzimas en la ruta de biosíntesis del grupo hemo. La porfirina se sintetiza tanto en los eritroblastos como en el hígado, y por tanto, la enfermedad se puede manifestar en cualquiera de estas localizaciones.
Porfírias de animales Son enfermedades hereditarias consecuencia de problemas en alguno de los enzimas de la vía de síntesis del grupo hemo.
Presentan alta excreción urinaria y/o fecal de uroporfirinas y precursores de coproporfirinas.
Las enfermedades infecciosas, intoxicaciones, enfermedades hepáticas, anemias hemolíticas, etc. también comportan una alta excreción de porfirinas.
Se clasifican en eritropoyéticas o hepáticas, dependiendo del sitio sobreproducción y acumulación del correspondiente precursor de porfirina.
• • de Hepáticas: síntomas neurológicos (razón desconocida), incluyendo dolor abdominal neuropatico, neuropatía y perturbaciones mentales.
Eritropoyéticas: fotosensibilidad cutánea (excitación por UV del exceso de porfirinas en piel).
Porfírias hepáticas ⇒ Porfíria por déficit de ALA deshidratasa (ADP).
⇒ Porfíria aguda intermitente (PAI=AIP) déficit de PBR desaminasa (HMB sintasa).
⇒ Porfíria aguda tarda (PCT): déficit de URO-descarboxilasa.
⇒ Coproporfíria hereditaria (CPH=HCP): déficit de COPRO-oxidasa.
⇒ Porfíria variegata (PV=VP): déficit de PROTO-oxidasa.
228 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Porfírias eritropoyéticas ⇒ Anemia sideroblástica ligada al X (ASLX): déficit de ALAS-E.
⇒ Porfíria eritropoyética congénita (PEC=CEP): déficit de URO-I.
⇒ Porfíria eritropoyética (PPE=EPP): déficit de la ferroquelatasa.
Porfíria eritropoyética congénita (en bovinos y porcinos), (también humana).
Enfermedad genética rara, transmitida de forma autosómica recesiva en bóvidos y aún desconocida en porcinos.
Se produce cuando existe un déficit de la uroporfirinógeno III cosintasa.
Acumulación del isómero “anormal” Uroporfirinógeno I, y derivados, en orina, sangre y heces.
Síntomas: ⇒ Destrucción prematura de hematíes  Anemia y debilidad general.
⇒ Excreción de la Uroporfirina I  Fluorescencia de los dientes y huesos a la luz UV, así como de la orina (vino de Oporto).
⇒ Fotosensibilización (en bóvidos), que puede ser suficientemente grave como para que los animales, sobre todo si son pequeños, se han de mantener en ausencia de iluminación. (En países con pocas horas de luz, puede pasar inadvertida: son desordenes ecogenéticos).
Degradación de porfirinas: Pigmentos Biliares 229 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Ictericias Son consecuencia de la presencia de bilirrubina en la sangre  Pigmentación amarilla en sangre y ojo.
Se clasifican en: ⇒ Prehepáticas o hemolíticas: Los eritrocitos se lisan  la hemoglobina se degrada en la sangre  Se acumula Bilirrubina no conjugada (libre).
⇒ Hepáticas: provocada por múltiples enfermedades hepáticas, donde hay destrucción celular. Aumenta la bilirrubina, normalmente conjugada.
⇒ Posthepáticas (obstructivas), del conducto de la bilis. La bilirrubina vuelve a la sangre. Aumenta la bilirrubina conjugada.
En herbívoros el color de la esclerótica depende de la cantidad de carotenoides y xantofilas de la dieta.
⇒ Ictericia neonatal: transferasa).
inmadurez del hígado (actividad glucuronil 230 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Metabolismo de porfirinas 231 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Los nucleótidos forman parte de: 1. DNA y RNA.
2. ATP y coenzimas (NAD+, FAD, CoA): proceden de la adenina.
3. Algunos de sus derivados son intermediarios activados que participan en diversas biosíntesis:  UDP-Glucosa, precursor de glucógeno.
 CDP-diacilglicerol, como precursor de fosfoglicéridos.
 S-adenosilmetionina (S-AM), transporta un grupo metilo activado.
4. Reguladores metabólicos: cAMP, fosforilaciones a partir del ATP.
Nucleósido: base nitrogenada + pentosa Nucleótido: éster fosfato de un nucleósido Bases : • • Púricas (A, G) Pirimídinicas (C, T, U) Estructura y metabolismo de bases nitrogenadas Síntesis de nucleótidos Las rutas de biosíntesis de nucleótidos pueden ser de dos clases : rutas de novo y rutas de recuperación.
En las rutas de recuperación, se recuperan las bases preformadas y se vuelven a conectar a una unida de ribosa.
En las rutas de novo, las bases nucleotídicas se construyen a partir de compuestos más simples. En primer lugar se genera el esqueleto para la base pirimidínica, que después se une a la ribosa. Por el contrario el esqueleto de una base púrica se sintetiza pieza por pieza directamente sobre una estructura basada en la ribosa.
232 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Vía de recuperación de purinas y pirimidinas La degradación metabólica de nucleótidos produce bases libres que se reutilizan mediante un proceso simple y económico para sintetizar nucleótidos.
233 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Biosíntesis de purinas de novo En la síntesis de novo de las purinas se requiere PRPP, que proporciona el fundamento sobre el cual se construyen las bases paso a paso. El paso limitante inicial es la substitución del pirofosfato por amoniaco, y no por una base presintetizada, para producir 5-fosforibosil-1-amina, con la amina en configuración β.
La glutamina fosforibosil-amidotransferasa cataliza esta reacción.
(generación del anillo pentagonal de imidazol) 234 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 (generación del IMP) Biosíntesis AMP y GMP El inositato es el precursor de AMP y de GMP. El AMP se forma por adición de aspartato, seguida de la liberación de fumarato. El GMP se genera mediante la incorporación de agua, la deshidrogenación por NAD+ y el recambio del átomo de oxigeno carbonílico por un –NH2 procedente de la hidrólisis de la glutamina.
Regulación de la síntesis de novo de purinas • • PRPP sintasa: parcialmente inhibido por altas concentraciones de nucleótidos de purina (la PRPP es también precursor en síntesis de pirimidinas y aa`s) Glutamina PRPP amidotransferasa: retroinhibido por nucleótidos púricos.
235 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL • • 2011/2012 Retroinhibición por AMP y GMP de la conversión de IMP en Adenil succinato y xantilato, respectivamente.
Equilibrio entre síntesis de AMP y GMP: GTP necesario para síntesis de AMP y AMP necesario para la síntesis de GMP.
Biosíntesis de pirimidinas En la síntesis de novo de las pirimidinas, en primer lugar se sintetiza el anillo y después se une a la ribosa fosfato para formar un nucleótido de pirimidina. Los anillos de pirimidina se construyen a partir de bicarbonato, ácido aspártico y amoníaco.
(generación de orotato) (generación de UMP y CTP) El orotato reacciona con PRPP y forma orotidilato, un nucleótido de pirimidina. Esta adición es impulsada por la hidrólisis del pirofosfato. El enzima que cataliza esta etapa es la pirimidina-fosforibosiltransferasa. La descarboxilación posterior del orotidilato produce uridilat (UMP), que es catalizada por la orotidilatodescarboxilasa.
236 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Cuando se ha formado el nucleótido monofosfato (UMP), este se tiene que convertir en UTP (para producir el otro nucleótido de pirimidina principal: CTP), lo cual vendrá dado por dos reacciones de hidrólisis de ATP, que el dador de grupos fosforilo, catalizadas por dos quinasas específicas: la UMP quinasa y la nucleósido difosfato quinasa.
Una vez se ha formado el UTP, se puede transformar en citidina trifosfato (CTP), mediante la sustitución de un grupo carbonil por un grupo amino. Esta reacción también requiere de ATP y hace servir la glutamina como fuente de grupos amino, y está catalizada por la citidinlato sintasa.
Interconversión entre XMP, XDP y XTP Los nucleósidos monofosfato son fosforilados por las diferentes específicas nucleósidos monofosfato quinasas: La adenilato quinasa interconvierte el AMP, ADP y ATP: Los nucleósidos difosfato y trifosfato son interconvertidos por la nucleósido difosfato quinasa, de baja especificidad de substrato (purinas/pirimidinas, ribosa/desoxirribosa) .
Síntesis de desoxinucleósidos Los desoxiribonucleotidos, son precursores del DNA y se forman mediante la reducción de los ribonucleotidos, concretamente el grupo 2’-hidroxilo del componente ribosa y es substituido por átomo de hidrogeno. Los sustratos son nucleótidos difosfato y el reductor final es el NADPH. El enzima responsable de la reacción es la ribonucleotido-reductasa.
237 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Síntesis de la timidina monofosfato (necesaria para DNA): El uracil producido mediante la ruta de síntesis de pirimidinas, no es un componente del DNA. En vez de uracil, contiene timina, un análogo del uracil. Para generar timilidato a partir de uracil, se necesitará otra etapa. La timilidato-sintasa cataliza este toque final: el desoxiuridilato (UMP) se metila a timidilato (TMP).
238 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Degradación de purinas Degradación de purinas (no primates) Degradación de pirimidinas 239 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 Resumen rutas síntesis Síntesis de novo de nucleótidos de purina Síntesis de novo de nucleótidos de pirimidina 240 BIOQUÍMICA SEGON PARCIAL 2011/2012 241 ...