VOLUMEN III: BIOQUÍMICA GENERAL Y CLÍNICA · 2016-02-12 · Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente, por los mismos elementos químicos, aproximadamente

Manual bIR

VOLUMEN III: BIOQUÍMICA GENERAL Y

CLÍNICA

Autoras: María del Carmen Enjo Mallou

Hélade Sotomayor Pérez

Dra. Idalmys Perdomo López

Editora: Dra. Iliana Perdomo López

Manual BIR. VOLUMEN III: BIOQUÍMICA GENERAL

Y CLÍNICA

Autoras: María del Carmen Enjo Mallou Hélade Sotomayor Pérez Dra. Idalmys Perdomo López

© Iliana Perdomo López (editora). Depósito legal: C 611-2012

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ÍNDICE BIOQUÍMICA GENERAL Y CLÍNICA

UNIDAD I: BIOQUÍMICA GENERAL 1

1.- INTRODUCCIÓN. COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS 1

2.- GLÚCIDOS 7

2.1- OSAS O MONOSACÁRIDOS 8

2.1.1.- ACTIVIDAD ÓPTICA 9

2.1.2.- ESTRUCTURA CÍCLICA DE LOS MONOSACÁRIDOS 12

2. 1.3.- ISÓMEROS CONFORMACIONALES 14

2. 1.4.- PROPIEDADES GENERALES DE LAS OSAS 15

2. 1.5.- DERIVADOS DE MONOSACÁRIDOS 16

2.2- OLIGOSACÁRIDOS: DISACÁRIDOS 18

2.2.1.-CARACTERÍSTICAS DEL ENLACE GLUCOSÍDICO 19

2.2.2.-TIPOS DE ENLACE GLUCOSÍDICO 19

2.2.3.-OLIGOSACÁRIDOS MÁS IMPORTANTES 20

2.3- POLISACARIDOS 20

2.3.1.- HOMOPOLISACÁRIDOS 20

2.3.2.- HETEROPOLISACÁRIDOS 23

2.4- HETERÓSIDOS 26

2.4.1.- PROTEOGLUCANOS 26

2.4.2.- GLUCOPROTEÍNAS 28

2.4.3.- OTROS HETERÓSIDOS 29

3.- LÍPIDOS 31

3.1- LÍPIDOS SAPONIFICABLES SIMPLES 32

3.1.1.- ÁCIDOS GRASOS 32

3.1.2.- ACILGLICÉRIDOS 37

3.1.3.- CÉRIDOS 39

3.1.2.- ESTÉRIDOS 39

3.2- LÍPIDOS INSAPONIFICABLES COMPLEJOS 40

3.2.1.- FOSFOGLICÉRIDOS O GLICEROFOSFOLÍPIDOS 40

3.2.2.-ESFINGOLÍPIDOS 43

3.3- LÍPIDOS INSAPONIFICABLES 45

3.3.1.-TERPENOS 46

3.3.2.-ESTEROIDES 46

4.- AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEINAS 49

4.1- AMINOÁCIDOS 49

4.1.1.- CARÁCTERISTICAS ESTRUCTURALES 49

4.1.2.- ESTEREOQUIMICA DE LOS AMINOACIDOS 49

4.1.3.- CLASIFICACIÓN 49

4.1.4.- PROPIEDADES FISICAS 52

4.1.5.- IONIZACIÓN 52

4.1.6.- REACCIONES DE IDENTIFICACION DE AMINOACIDOS 54

4.2- PÉPTIDOS 55

4.2.1.- EL ENLACE PEPTIDICO 55

4.2.2.- CARACTERISTICAS DEL ENLACE PEPTÍDICO 55

4.2.3.- CARACTERIZACIÓN DE PÉPTIDOS Y PROTEINAS 56

4.2.4.- PÉPTIDOS DE IMPORTANCIA BIOLÓGICA 57

4.3- PROTEÍNAS 57

4.3.1.- CLASIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS 57

4.3.1.1. ATENDIENDO A SU COMPOSICIÓN 58

4.3.1.2. ATENDIENDO A SU FORMA 58

4.3.1.3. ATENDIENDO A SU SOLUBILIDAD 59

4.3.1.4. ATENDIENDO A SU FUNCION BIOLÓGICA 59

4.3.2.- ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS 60

4.3.2.1. ESTRUCTURA PRIMARIA 60

4.3.2.2. ESTRUCTURA SECUNDARIA 60

4.3.2.3. ESTRUCTURA TERCIARIA 64

4.3.2.4. ESTRUCTURA CUATERNARIA 65

4.4- ENZIMAS 77

5.- COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS BIOMEMBRANAS 91

5.1- LÍPIDOS DE MEMBRANAS 92

5.2- PROTEÍNAS DE MEMBRANAS 98

5.3- TRANSPORTES A TRAVÉS DE MEMBRANAS 100

6.- INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO. 109

7.- GLUCOLISIS 117

8.- FERMENTACIONES 127

9.- DESCARBOXILACIÓN OXIDATIVA DEL PIRUVATO 131

10.- CICLO DE KREBS 135

11.- CADENA DE TRANSPORTE ELECTRÓNICO Y FOSFORILACIÓN OXIDATIVA 141

12.- LANZADERAS 155

13.- GLUCONEOGÉNESIS 157

14.- METABOLISMO DEL GLUCÓGENO 169

15.- OTRAS RUTAS DE OXIDACIÓN DE LA GLUCOSA 185

16.- OXIDACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS 195

17.- BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS 209

18.- METABOLISMO DE CUERPOS CETONICOS 225

19.- BIOSÍNTESIS DE COLESTEROL 229

20.- METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEÍNAS 235

21.- METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS 247

22.- METABOLISMO DE NUCLEÓTIDOS 265

23.- INTEGRACIÓN DEL METABOLISMO 279

UNIDAD II: BIOQUÍMICA CLÍNICA 289

24.- BIOQUÍMICA CLÍNICA 289

GENERALIDADES DE ANÁLISIS CLÍNICOS 289

SANGRE 293

HECES 304

ORINA 304

LÍQUIDOS ESPECIALES 306

HORMONAS 309

INFARTO AGUDO DEL MIOCARDIO 311

PRINCIPALES REACTANTES DE FASE AGUDA 312

MARCADORES TUMORALES 312

DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO DE ENFERMEDADES AUTOINMUNES 313

ANEXOS 315

BIBLIOGRAFÍA 319

UNIDAD I

BIOQUÍMICA GENERAL

Bioquímica InspiracleBIR/2015

1

TEMA 1. INTRODUCCIÓN. COMPOSICIÓN DE LOS SERES VIVOS.

Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente, por los mismos

elementos químicos, aproximadamente 30, lo que confirma la idea de que la vida se ha

desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas

acordes con los procesos químicos que se desarrollan como parte de ésta.

Se denominan bioelementos o elementos biogénicos aquellos elementos químicos que

forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden

agrupar en tres categorías: mayoritarios primarios, mayoritarios secundarios y

oligoelementos.

Bioelementos mayoritarios primarios o principales: C, H, N, O.

Son los elementos más abundantes de la materia viva (constituyen más del 95 % de la masa

total). Éstos son idóneos por sus propiedades físico – químicas.

Bioelementos mayoritarios secundarios: S, P, Mg, Ca, Na, K, Cl.

Presentes en todos los seres vivos, son los llamados macrominerales o macroelementos.

MAYORITARIOS SECUNDARIOS:

Azufre Se encuentra en los aminoácidos cisteína y metionina, así como en algunas sustancias como el Coenzima A.

Fósforo

Forma parte de los nucleótidos, unidades estructurales de los ácidos nucleicos y algunos de ellos con funciones específicas en el metabolismo intermediario (Ej: ATP). Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, componentes fundamentales de las membranas celulares. También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.

Magnesio

Forma parte de la molécula de clorofila, ión Mg2+

es requerido en muchas actividades enzimáticas, fundamentalmente en muchas reacciones que implican al ATP. Su déficit es producido por algunos estados de desnutrición, alcoholismo, algunos diuréticos y la acidosis metabólica. Su carencia produce: temblores, debilidad, arritmia, hipotensión, apoplejía (accidente cerebrovascular), cálculos renales, etc…

Calcio

Mineral más abundante del organismo, formando parte huesos y dientes. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea, algunas regulaciones hormonales y actividades enzimáticas, así como en la transmisión del impulso nervioso. Su control homeostático se realiza a través de vitamina D y parathormona (PTH). Su carencia produce: osteoporosis, tetania (calambres musculares), hipotensión, depresión, entre otros síntomas. Se une a proteínas: calmodulina (fijadora de calcio, actúa como sensora), calsecuestrina (almacenadora de calcio en el retículo sarcoplásmico, músculo estriado) y calreticulina (similar a calsecuestrina pero en células no musculares).

Sodio Catión extracelular más abundante; necesario para la transmisión nerviosa y la contracción muscular; contribuye al mantenimiento del equilibrio ácido – base y electrolítico.

Potasio Catión intracelular más abundante; necesario para la transmisión nerviosa y la contracción muscular; al igual que el sodio contribuye al mantenimiento del equilibrio ácido – base y electrolítico.

Cloro Principal anión extracelular; necesario para mantener el balance hídrico en la sangre y


7

TEMA 2. GLÚCIDOS. [p. 200, 216 (2010); 158, 209, 210 (2011); 223 (2012); 133 (2013);

191, 192 (2014)]

Los glúcidos son moléculas orgánicas caracterizadas por la presencia de cadenas

carbonadas portadoras de grupos hidroxilos y funciones aldehídicas, cetónicas, ácidas o

aminadas.

DISTRIBUCIÓN EN LA NATURALEZA

Son compuestos naturales ampliamente distribuidos:

a) Como elementos estructurales; confiriendo resistencia

Celulosa: pared celular de los vegetales

quitina: exoesqueleto de invertebrados

polisacáridos de la pared bacteriana

b) Como reserva energética

Almidón: vegetal

Glucógeno: animal

c) Como componentes de metabolitos fundamentales

Glúcidos que forman parte de la composición de ácidos nucléicos

Componentes de coenzimas

d) Como moléculas de reconocimiento y portadoras de información (los oligosacáridos

contienen una densidad de información mucho mayor que las proteínas o los ácidos

nucléicos, suponiendo un auténtico código de azúcares)

Oligosacáridos que forman parte de glucoproteínas o glucolípidos localizados en la

superficie externa de la membrana plasmática

InspiracleBIR/2015 Bioquímica

8

GLÚCIDOS CLASIFICACIÓN

2.1. OSAS O MONOSACÁRIDOS. [p. 208 (2009)]

-Son compuestos cuya fórmula general es *(CH2O)n, y que poseen:

(n-1) funciones alcohólicas,

Una función carbonílica

*Aunque esta es la fórmula general, no todos los compuestos la cumplen, por ejemplo, la

desoxirribosa, y otros compuestos, sin pertenecer a este grupo, como el lactato, sí la

cumplen.

-La clasificación de los monosacáridos atiende a dos criterios:

Nº de átomos de carbono; así tendremos triosas (3C), tetrosas (4C), hasta heptosas

(7C)

Naturaleza de la función carbonílica, aldosas (si poseen grupo aldehído) y cetosas (si

poseen función cetónica)

-La combinación de estos dos criterios permite caracterizar un monosacárido, así una

aldohexosa, está constituida por 6 C, 5 funciones alcohólicas y una función aldehído,

mientras una cetohexosa tendrá 6 C, 5 funciones alcohólicas y una función cetónica.


20

2.2.3. Oligosacáridos más importantes

DISACÁRIDOS.

REDUCTORES

Monosacáridos Enlace Fuente

MALTOSA Glu + glu α 1-4 Hidrólisis del almidón

CELOBIOSA Glu + glu β 1-4 Hidrólisis de la celulosa

LACTOSA

Gal + glu Β 1-4 Componente mayoritario de la leche.

En la glándula mamaria se sintetiza

por la lactosa sintetasa

NO REDUCTORES

SACAROSA Glu + fru α(glu) β(fru) (1-

2)

Azúcar de caña y remolacha

TREHALOSA Glu + glu α (1-1) Pared celular de hongos e insectos

TRISACÁRIDOS.

Destaca la rafinosa: gal + glu + fru, alfa 1-6 y alfa 1-2

2.3. POLISACÁRIDOS

2.3.1. HOMOPOLISACÁRIDOS (contienen el mismo tipo de azúcar).

Según su función:

De reserva.

ALMIDÓN: supone la reserva glucídica esencial en el reino vegetal. Su estructura contempla

una mezcla de dos polímeros distintos, la amilosa (30%) y la amilopectina (70%), ambos

digeridos por las α-amilasas de glándulas salivares (también llamada ptialina) y páncreas,

rindiendo como productos moléculas de maltosa y pequeños núcleos de dextrina (contienen

en su caso los puntos de ramificación)

*La elevación de esta enzima es de interés para el diagnóstico de pancreatitis aguda y parotiditis.

- amilosa: es un polímero lineal constituido por unidades de glucosa unidas mediante enlace

(α1-4).

La cadena, de entre 200 y 3000 residuos adopta una conformación helicoidal debido a la

presencia de los enlaces alfa (facilitan la formación de gránulos). Las vueltas de espira

generadas se mantienen estabilizadas gracias a la formación de puentes de hidrógeno.


24

Fuente: Fig 7-22 (pag 252) del libro “Lehninger. Principios de Bioquímica. Ediciones Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006”.

3. De origen animal: los más importantes son los glucosaminoglucanos

(mucopolisacáridos), polímeros lineales compuestos por la repetición de un disacárido,

formado generalmente por un ácido hexurónico (glucurónico, idurónico…) y una hexosamina

(N-Ac-glucosamina, N-Ac-galactosamina…), que suele estar acetilada. Los

glucosaminoglucanos están presentes en la matriz extracelular de los tejidos de animales

multicelulares, están interconectados con proteínas fibrosas (elastina, la fibronectina y la

minina).


25

MUCOPOLISACÁRIDO UNIDAD REPETITIVA DISACÁRIDA LOCALIZACIÓN

FUNCIÓN ESTRUCTURAL

Elevada tendencia a la hidratación, actuando como lubricantes

Confieren viscosidad y elasticidad (conforman el cemento intercelular y son

amortiguadores)

Suelen unirse de forma covalente a proteínas (excepto el ácido hialurónico)

Compuestos sensibles al ataque por hialuronidasa (presente en

microorganismos y espermatozoides)

ÁC HIALURÓNICO

No está sulfatado

Líquido sinovial

Cordón umbilical

Humor vítreo

CONDROITÍN

SULFATO

Es el más abundante

Cartílago

Ligamentos

Tendón

DERMATÁN SULFATO

Piel

Vasos

sanguíneos

Válvulas

QUERATÁN SULFATO

No contiene ácido

hexurónico

Córnea (queratán

sulfato-I)

Cartílago (quer.

Salufato-II)


31

TEMA 3. LÍPIDOS [p. 217, 218, 250 (2010); 211 (2011)]

Los lípidos son compuestos orgánicos que se definen por su insolubilidad en agua y

solubilidad en disolventes polares (éter, cloroformo, benceno..), no obstante se contemplan

excepciones.

Entre las características más sobresalientes:

- compuestos hidrofóbicos

- no son moléculas poliméricas

- exhiben una mayor variedad estructural

Funciones biológicas

- energética

- estructural

- aislante

- funciones especiales: Por ejemplo, los esteroides, los eicosanoides y algunos

metabolitos de los fosfolípidos funcionan como señales. Actúan como hormonas,

mediadores y segundos mensajeros. Algunos son cofactores de reacciones

enzimáticas (vit. K..). otros se utilizan como anclas para fijar las proteínas a las

membranas.

Clasificación

Lípidos saponificables

- Contienen ácidos grasos

-Tras la hidrólisis alcalina se

obtienen jabones

Simples

(C, H, O)

Ácidos grasos

Acilglicéridos

Céridos

Estéridos

Otros: etólidos y eteroglicéridos

Complejos

Además de (C, H, O)

pueden contener N,

P, S

Fosfoacilglicéridos

Esfingolípidos

Lipoproteínas

Lípidos insaponificables

- No contienen en su

estructura ácidos grasos

- Derivan del isopreno

Terpenoides

Vit. A, E, K

Ubiquinonas

Esteroides

Vit D

Colesterol1

Ácidos biliares

Hormonas esteroideas2

1 Las células procariotas carecen de colesterol, pero éste se encuentra en distintas cantidades en prácticamente

todas las membranas de animales, fundamentalmente mamíferos. 2 Las hormonas esteroídicas incluyen a las hormonas sexuales femeninas (estrógenos, progestágenos),

masculinas (andrógenos) y a los corticoesteroides (glucocorticoides y mineralocorticoides).


32

3.1. LÍPIDOS SAPONIFICABLES SIMPLES

3.1.1. ÁCIDOS GRASOS [p. 247 (2009)].

Los ácidos grasos son en su mayor parte ácidos monocarboxílicos con un nº de átomos de

carbono superior o igual a 4, saturados o no, generalmente no ramificados, a veces cíclicos,

o llevando otras funciones diferentes además de la función ácido.

- En la gran mayoría de los casos, los ácidos grasos tienen un nº par de átomos de

carbono (los de 16 y 18 carbonos son los más abundantes).

- Los átomos de carbono se numeran empezando por el extremo carboxilo

- Los carbonos 2 y 3 suelen llamarse alfa y beta

- El carbono final se denomina omega

Fuente: Esquema (pag 292) del libro “Bioquímica Estructural. Editorial AC. España, 1977”

- La nomencatura de los ácidos grasos deriva del nombre de sus hidrocarburos

parentales (terminado en –oico)

- A nivel fisiológico pueden estar como ácidos grasos libres, no esterificados, unidos a

albúmina (poco habitual) o bien formando parte de la estructura de otros lípidos

saponificables (casi siempre por esterificación).

*El aumento de ácidos grasos libres en sangre se da en ciertas situaciones: ejercicio, diabetes,

ayuno, feocromocitoma…

Clasificación de los ácidos grasos [p. 102 (2004)].

De cadena sencilla

Saturados (Cn:0)

Los ácidos grasos saturados y de cadena lineal son los que más abundan en la

naturaleza, suelen ser de nº par de átomos de carbono (entre 2 y 32). Los principales

son el ácido laúrico (12C), el ácido mirístico3 (14C), el ácido palmítico (16C), el ácido

esteárico (18C), el araquídico (20C) y el lignocérico (24C)

Desaturados

3 El ácido mirístico está presente en la subunidad α de las proteínas G. p 257 (2006).


47

Colesterol (27C) [p. 107 (2004); 199 (2006)].


El colesterol es el principal esteroide en los tejidos animales, es un compuesto anfipático,

con:

- un grupo de cabeza polar, un hidroxilo en C3 (polo hidrofílico y posición de

esterificación con ácidos grasos),

- un cuerpo hidrocarbonato apolar formado por el núcleo esteroide y la cadena lateral

hidrocarbonada ramificada en C20 (cola apolar)

- una insaturación en C5

- grupos metilo en C18 y C19

El colesterol ejerce un papel fundamental regulando la fluidez de las membranas de las

células eucariotas, puesto que ello depende del cociente fosfolípidos/colesterol, de este

modo, a mayor contenido en colesterol, menor será la fluidez de la membrana.

Es, además, el principal precursor de los esteroides

Ácidos biliares (24C). [p. 132; (2005)]

- Se clasifican en primarios (cólico y quenodeoxicólico) y en secundarios (deoxicólico y

litocólico), obtenidos a partir de los primarios.

- Los ácidos biliares se conjugan con ciertos aminoácidos, como la glicina y la taurina para

formar sales biliares, compuestos que cumplen una importante función emulsionando las

gotas de grasa y facilitando la acción de las lipasas durante el proceso digestivo, se

sintetizan a partir del colesterol en el hígado.

- Además, sufren una circulación enterohepática en un 95%.

- Se reabsorben mayoritariamente en el íleon distal mediante cotransporte con sodio.

- Su síntesis es regulada por la 7-α-hidroxilasa hepática.

El mecanismo más importante para degradar el colesterol es su conversión en

ácidos biliares.


61

Las características más relevantes de este tipo de estructura secundaria:

- El esqueleto polipeptídico se encuentra compactamente enrollado alrededor del eje

longitudinal imaginario de la molécula, esta rotación helicoidal es dextrógira

- Los grupos R de los *L-aminoácidos se disponen hacia el exterior del esqueleto

helicoidal, permitiendo su ubicación y evitando los impedimentos estéricos

- La unidad repetitiva es el giro de hélice, que abarca unos 5,4 Å a lo largo del eje

longitudinal

- Cada giro de hélice incluye 3,6 aminoácidos

*En algún caso excepcional se han encontrado proteínas que contienen fragmentos de hélice alfa

levógira formada por D- aminoácidos.

Experimentos con modelos moleculares han demostrado que una hélice se puede formar tanto con

D- como con L- aminoácidos, pero todos los residuos deben pertenecer a la misma serie.



64

Giros beta

Son elementos de conexión que unen tramos sucesivos de hélices alfa o conformaciones

beta. Son muy frecuentes los giros beta que conectan los extremos adyacentes de dos

segmentos de hojas beta antiparalelas.

Estas estructuras forman giros cerrados de 180º mediante enlaces de H establecidos entre

los grupos peptídicos del primer y cuarto aminoácidos de los 4 implicados en el giro.

A menudo se encuentran Gly y Pro.

Los giros B suelen ubicarse en la superficie de las proteínas globulares

4.3.2.3. Estructura terciaria. [p. 232 (2005); 218 (2007); 213 (2008)]

Hace referencia al plegamiento espacial completo y compacto de cada cadena.

Incluye el conjunto de interacciones, covalentes o de otro tipo, como puentes disulfuro,

puentes de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, fuerzas de Van der Waals e interacciones

iónicas.

En esta estructura, los fragmentos con estructuras secundarias variadas pueden combinarse

con zonas sin estructura secundaria definida, o zonas de giro donde las cadenas se pliegan

con un patrón determinado.

La disposición de los aminoácidos difiere según la proteína sea fibrosa o globular, así, en las

proteínas globulares (que suelen ser solubles):

- los aminoácidos no polares se sitúan preferentemente hacia el interior de la proteína,

para evitar el contacto con el disolvente acuoso

- los residuos con carga suelen ubicarse hacia el exterior , interaccionando con el

medio acuoso

- los grupos polares de los aminoácidos sin carga se distribuyen a lo largo de la

cadena polipeptídica, pero con cierta preferencia, aparecen también hacia la zona

externa


72

SEPARACIÓN Y PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS:

Para estudiar una proteína es fundamental su extracción, separación y purificación.

Primero se procede a la rotura de las células para liberar las proteínas, posteriormente se

realiza la centrifugación diferencial. A continuación se utilizan uno o varios métodos de

separación / purificación:

1. Precipitación: la solubilidad de una proteína depende de:

pH: a pH próximos al pHi disminuye la solubilidad de la proteína.

Temperatura: la solubilidad aumenta con la temperatura, hasta aproximadamente

40 ºC, por encima de esta temperatura la disminución brusca de la temperatura

refleja la desnaturalización de las proteínas.

Disolventes: disolventes orgánicos neutros miscibles con el agua (etanol, acetona)

disminuyen la solubilidad de las proteínas, actuando con el interior hidrofóbico y

desorganizando la estructura terciaria, lo que provoca su desnaturalización y

precipitación.

Concentración salina: a concentraciones salinas moderadas se incrementa la

solubilización por salado (salting in), en tanto que a concentraciones salinas muy

elevadas se produce la precipitación por salado (salting out). Es muy utilizado el

sulfato amónico.

2. Diálisis: permite separar las proteínas de los disolventes, aprovechando el mayor

tamaño de estas. De esta forma se puede eliminar el sulfato amónico utilizado en pasos

anteriores.

3. Cromatografía: es un método potente para el fraccionamiento de proteínas. Según las

características de la proteína a separar se pueden utilizar distintas técnicas

cromatográficas:

Cromatografía de intercambio iónico: separa las proteínas en función de la carga

eléctrica. Se utilizan un intercambiador aniónico (dietil aminoetil celulosa) y un

intercambiador catódico (carboximetil celulosa), que se utilizan para captar

proteínas negativas (aniones) o positivas (cationes), respectivamente.

Cromatografía de fase reversa (= fase sólida apolar): separa en función del

gradiente de solubilidad.

Cromatografía de exclusión molecular, de filtración o de permeación: separa en

función del tamaño (peso molecular). Para ello se utiliza un relleno de bolas (de

poliacrilamida, dextrano, agarosa, ....) con diferentes tamaños; sirve para determinar masas

moleculares (eluyen primero las proteínas de mayor PM).


77

4.4 ENZIMAS. [p. 236; 237; 238 (2005); 194 (2006); 213 (2007); 212 (2009)]

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS ENZIMAS.

- Casi todas son proteínas (excepción- ribozimas)

- Poseen una elevada especificidad (suelen actuar sobre un único sustrato, incluso pueden

presentar estereoselectividad, distinguir entre los isómeros D y L de un sustrato)

- Aumentan la velocidad de reacción, recuperándose al final de ésta sin ser modificados

- Su actividad puede regularse

Con la excepción de un pequeño grupo de moléculas de RNA catalítico, todos los enzimas

son proteínas. Algunos enzimas no requieren para su actividad más grupos químicos que

unos cuantos residuos aminoácidos, otros, requieren para su actividad un componente

químico adicional denominado cofactor. Así, a la molécula enzimática completa

catalíticamente activa, junto con su coenzima y/o iones metálicos se denomina

HOLOENZIMA, que estaría compuesta por:

- apoenzima, fracción protéica del enzima o aquella que se desnaturaliza por calefacción.

Es catalíticamente inactiva en ausencia de cofactor (si lo requiere)

- cofactor: fracción del enzima que no se desnaturaliza por calefacción y cuya naturaleza

puede ser:

- inorgánica (uno o varios iones)

Algunos elementos inorgánicos que actúan como cofactores enzimáticos

Cu2+ Citocromo oxidasa

Fe2 + o Fe3+ Citocromo oxidasa, catalasa, peroxidasa

K+ Piruvato quinasa

Mg2+ Hexoquinasa, glucosa 6-fosfatasa, piruvato

quinasa (enzimas de glucolisis)

Mn2+ Arginasa, ribonucleótido reductasa

Mo Dinitrogenasa

Ni 2+ Ureasa (Urea → NH4 + CO2)

Se Glutation peroxidasa

Zn 2+ Anhidrasa carbónica, alcohol

deshidrogenada, carboxipeptidasas

- orgánica o metaloorgánica compleja, denominada coenzima

* Un coenzima o ión metálico, unido muy fuertemente o de forma covalente a la proteína se denomina

grupo prostético

*Algunos enzimas requieren tanto un coenzima como uno o varios iones metálicos para su actividad

MECANISMO DE ACCIÓN ENZIMÁTICA. [p. 190 (2006); 214; 215 (2007); 236 (2008)]

Existe una barrera energética a superar para transformar el sustrato en una forma llamada

Estado de Transición


80

La km nos indica la afinidad que un enzima presenta por un sustrato

La constante de M-M y la velocidad de una reacción enzimática que siga esta cinética

pueden calcularse de forma sencilla a partir de las velocidades de catálisis a diferentes

concentraciones de sustratos, y manteniendo fija la concentración de enzima. Para ello se

transforma la ecuación de M-M, tomando los valores inversos de V y S, para obtener otra

ecuación que resulte en una línea recta al ser representada gráficamente.

La representación gráfica de 1/V frente a 1/S se denomina representación de Lineweaver-

Burk (o representación de los dobles recíprocos), es una línea recta con una pendiente

Km/Vmáx. [p. 172 (2003)]

Otra representación, aunque menos utilizada, es la de Eadie-Hofstee

00 max

[ ]m

VV V K

S


86

- Reversibles: pueden separarse del enzima mediante diálisis

INHIBICIÓN COMPETITIVA

Inhibidor y sustrato compiten por unirse al centro activo, suelen tener estructuras análogas. Normalmente revierte al incrementar la concentración de sustrato

Vmáx: no varía Km: aumenta

INHIBICIÓN NO COMPETITIVA

El inhibidor se une de forma reversible a un sitio diferente del centro activo. Puede unirse al enzima libre o al complejo E-S. En ambos casos no se produce formación de productos También se denomina mixta Disminuyen el número

de recambio de la

enzima.

Vmáx: disminuye Km: no varía

INHIBICIÓN ACOMPETITIVA

Es un tipo de inhibición propia de reacciones con más de un sustrato. El inhibidor se une al complejo E-S, no al enzima libre.

Vmáx. Disminuye Km: disminuye

E+S ES E+PK1 K2

K-1

E+I EIKi

Ki2EISES+I

1/V

1/[S]0

Sin I

Con I

- 1/Km

1/V ’max

1/Vmax

Inhibición no competitiva

1/V

1/[S]0

Sin I

Con I

- 1/Km

1/V ’max

1/Vmax

Inhibición no competitiva

E+S ES E+PK1 K2

K-1

ES+I EISKi


87

REGULACIÓN ENZIMÁTICA. [p. 165 (2003); 89 (2004); 239 (2005); 216 (2007)]

Existen diferentes niveles de regulación de la actividad enzimática:

- Control de la cantidad / concentración de enzima: regulación LENTA. Se lleva a

cabo a nivel de la expresión de los genes que codifican las enzimas, implicando un

control de la síntesis y la degradación de las mismas. (ADN → ARN → proteína).

- Compartimentación: de forma general las enzimas que participan en una misma ruta

suelen ubicarse en el mismo compartimiento subcelular. La compartimentación permite

la separación de dos rutas opuestas que podrían interferirse mutuamente (ej: biosíntesis

de ácidos grasos transcurre en el citosol, mientras su degradación transcurre en la matriz

mitocondrial), y permite regular la velocidad de funcionamiento de ambas rutas

controlando la disponibilidad de sustrato. Algunas rutas poseen enzimas en

compartimentos diferentes (ej: gluconeogénesis, ruta para sintetizar glucosa a partir de

precursores no glucídicos, posee etapas citosólicas, la mayor parte, y una mitocondrial).

- Existencia de Isoenzimas: Formas múltiples de una enzima con diferente localización

en el organismo, que catalizan la misma reacción pero exhibiendo parámetros

cinéticos diferentes (afinidad diferente por un sustrato). Presentan diferente pHi, PM

(movilidad electroforética), sensibilidad a moduladores de la actividad enzimática, etc.

(Ej: LDH, CPK, FAlc).

- Activación por proteólisis o existencia de zimógenos (proenzimas): Muchas

enzimas son sintetizadas de una forma inactiva como zimógenos o proenzimas y se

activan por proteólisis. Este tipo de activación es irreversible y transcurre por la acción

de proteasas. (Ej: proteasas digestivas: quimotripsinógeno/quimotripsina,

pepsinógeno/pepsina; proteínas de la cascada de la coagulación: fibrinógeno/ fibrina; proteínas

del complemento, proinsulina/insulina por pérdida del péptido C).

- Control de la actividad enzimática: regulación RÁPIDA, mediante enzimas

reguladoras, implica el control de la velocidad de la ruta. Puede ser: regulación

covalente reversible (Ej: por fosforilación, adenilación, metilación, etc.) y/o

regulación alostérica reversible por sustrato o moduladores.

Regulación covalente reversible: Generalmente por fosforilación reversible de una

enzima que alterna entre dos formas: una más activa y otra menos activa. Suele estar

mediada por la acción hormonal. Mecanismo más habitual: H → H – R → activación de

proteína G → activación de Adenilato Ciclasa → ↑ AMPc → activación de proteína kinasa A →

fosforilacion de la enzima. La enzima fosforilada puede ser más o menos activa. La

regulación por modificación covalente requiere de la acción de otras enzimas. En el caso

de la fosforilación (generalmente sobre aa hidroxilados como Ser o Tyr) es llevada a

cabo por proteín-quinasas (fosforilan) y la defosforilación, por proteín-fosfatasas

(desfosforilan).


91

TEMA 5. COMPOSICIÓN, ESTRUCTURA Y FUNCIONES DE LAS

BIOMEMBRANAS. [p. 186 (2006); 208 (2010); 197 (2014)]

Las membranas biológicas son asociaciones unitarias supramoleculares de lípidos,

proteínas y carbohidratos que recubren las estructuras celulares y subcelulares (en células

eucariotas), definiendo su extensión y manteniendo las diferencias esenciales entre el

contenido de la célula (u organelo en cuestión) y su entorno.

La membrana plasmática es la que rodea a la célula y sus funciones son:

Barrera selectiva al paso de sustancias.

Transporte de moléculas al interior y exterior de la célula.

Implicada en los movimientos y extensión celular.

Actúa como receptora de la información captada del exterior y transmitida al

interior de la célula. En resumen: papel primordial en la señalización celular.

Se establecen a través de las membranas gradientes iónicos, que pueden ser

usados para la síntesis de ATP, dirigir el movimiento transmembranoso de

solutos seleccionados o, en células nerviosas y musculares , para producir y

transmitir señales eléctricas.

Aunque realicen diferentes funciones, todas las membranas biológicas tienen una estructura

básica común: una finísima bicapa lipídica y con moléculas proteicas, que se mantienen

unidas fundamentalmente por interacciones no covalentes (hidrofóbicas) y cooperativas.

Las membranas celulares son estructuras asimétricas, dinámicas, fluidas, y la mayoría de

sus moléculas son capaces de desplazarse en el plano de la membrana.

Figura. Dibujos esquemáticos que muestran en dos (A) y tres dimensiones (B) la membrana

celular. (A, por cortesía de Daniel S. Friend.).

Fuente: Fig 10-1 (pag 509) del libro “Biología Molecular de la Célula. Editorial Omega, Barcelona, 3ª ed., 2002”.


93


Los fosfolípidos predominantes en la membrana plasmática de muchas células de mamíferos

son: fosfatidilcolina (lecitina), esfingomielina, fosfatidilserina y fosfatidiletanolamina.

Las estructuras de estas moléculas se muestran en la figura. Sólo la fosfatidilserina: tiene una

carga neta negativa, las otras tres moléculas son eléctricamente neutras a pH fisiológico,

presentando una carga negativa y otra positiva. En conjunto, estos cuatro fosfolípidos

constituyen más de la mitad de la masa de lípidos de la mayoría de las membranas. Otros

fosfolípidos, tales como los fosfolipidos de inositol, son funcionalmente importantes, tienen un

papel crucial en las señalización celular, pero se hallan en cantidades relativamente

pequeñas.



147

FIGURA. Generación e inactivación de ROS. SOD (superóxido dismutasa), GSH (glutatión reducido), GSSG

(glutatión oxidado), TRX (tiorredoxina). Superóxido Dismutasa: dismuta el anión superóxido en peróxido de hidrógeno. Catalasa: actúa sobre el peróxido de hidrógeno transformándolo en agua y oxígeno.

FOSFORILACIÓN OXIDATIVA. [p. 222 (2008); 216 (2009)]

Las posibles formas de obtención de ATP en la célula:

- Fosforilación a nivel de sustrato: la oxidación de los sustratos está acoplada con la

síntesis de ATP a través de un intermediario rico en energía. (Ej: se convierte el

fosfoenolpiruvato en piruvato y al mismo tiempo ADP y Pi en ATP).

- Fosforilación oxidativa: la oxidación del NADH y del FADH2 están acopladas a la síntesis

de ATP a través de un gradiente de protones.

La fosforilación oxidativa puede definirse como un proceso mediante el cual la energía

liberada por el trasiego de los electrones a lo largo de la cadena respiratoria se conserva

mediante la fosforilación de ADP a ATP; es decir, la energía liberada en el transporte

electrónico se convierte en la energía del enlace fosfato contenido en la molécula de ATP.

La fosforilación oxidativa requiere que esté intacta la membrana interna mitocondrial.


261

ALTERACIONES EN EL METABOLISMO DE AMINOÁCIDOS[

Fenilcetonuria

Clásica (99%)

Maligna*

(1%)

[p. 234 (2006)]

Fenilalanina hidroxilasa (requiere tetrahidrobiopterina) Phe –x→ Tyr

ó

Dihidropteridina reductasa

Altos niveles de Phe son neurotóxicos y produce retraso psicomotor (se requiere diagnóstico neonatal y tto precoz sin fenilalanina)

Dieta rica en Tyr, y restricción de Phe y aspartamo (edulcorante: contiene Phe). Excreción urinaria de ácido fenil pirúvico. Test de Guthrie: método para estimar Phe en sangre. Dieta rica en biopterina (deriva de GTP) Se produce hiperfenilalaninemia. * La biopterina también es necesaria para la síntesis de catecolaminas y serotonina.

Tirosinemia

Tipo I

Tipo II

Fumaril acetoacetato hidrolasa (último Ez de la degradación de Tyr: fumaril-acetoacetato→fumarato +acetoacetato

Tirosina aminotransferasa (primer Ez de la degradación de Tyr: Tyr → 4-OH fenilpirúvico

Clínica: afectación renal y hepática y evolución a carcinoma hepacelular. Tto: restricción de Tyr, Phe y Met. También denominada síndrome de Richner Hanhart.

Albinismo

Tirosinasa (difenol oxidasa): síntesis de melanina

Tyr –x→DOPA –x→ dopaquinona → melanina

No tiene cura. Prevención: cuidado de piel y ojos y protección solar.

Alcaptonuria

Homogentísico – oxidasa

Homogentísico 1,2-dioxigenasa

Phe → Tyr → OH fenilpirúvico → ácido homogentísico –x→ maleil acetoacetato

Hay un bloqueo del metab. de Phe y Tyr. Tto: → restricción de Phe y Tyr. Se acumula ácido homogentísico (produce pigmentación oscura de tejido cartilaginoso y conjuntivo → artritis y reumatismo) y se excreta por la orina (se oscurece y es fuertemente reductora).

Homocistinuria e hiper- homocisteinemia

Cistationina β-sintasa

HomoCys –x→ Cys

El metabolismo de la Met está afectado. Tto: dieta pobre en Met + suplementos de Cys, betaína, B6, y B12. Clínica: Alteraciones oculares, osteoporosis, riesgo de enferm. cardiovasculares, tromboembolismo.

Acidurias orgánicas de cadena ramificada

1. Enfermedad de la orina con olor a Jarabe de Arce.

2. Acidemia

propiónica 3. Acidemia

metilmalónica

Descarboxilasas de aa ramificados (2-oxo-isovalerato-deshidrogenasa)

Restricción de Val; Leu e Ile. Clínica: orina con olor a jarabe de arce (azúcar quemada), retraso mental y del crecimiento.

Propionil CoA carboxilasa (propionil CoA –x→ metilmalonil CoA)

Dieta hipoproteica y dar suplementos de carnitina.

Metilmalonil CoA mutasa (L-metilmalonil CoA –x→Succinil CoA)

Idem tto. Como en otras acidemias orgánicas, puede producir hiperamonemia, debido a la inhibición de carbamil P sintasa I por metabolitos orgánicos ácidos.


285

EFECTOS DEL GLUCAGÓN [p. 180 (2006); 222 (2007); 241 (2008)]

EFECTO METABÓLICO RESULTADO ENZIMA DIANA

↑↑Degradación del glucógeno Glucógeno → glucosa ↑ Glucógeno fosforilasa

↓ Síntesis de glucógeno (hígado) Menos glucosa almacenada como glucógeno

↓ Glucógeno sintasa

↓ Glicólisis (hígado) Menos glucosa usada como combustible en hígado

↓ FFK 1 ↑ Fructosa bifosfatasa 2 ↓ piruvato quinasa ↑ PEP carboxiquinasa

↑ Gluconeogénesis (hígado) Aminoácidos Glicerol → glucosa Oxalacetato

↑ Movilización de ácidos grasos (tejido adiposo)

Menos glucosa usada como combustible en hígado y músculo

↑ TAG lipasa

↑ Cetogénesis Provee cuerpos cetónicos como alternativa a glucosa

La adrenalina comparte muchos de estos efectos del glucagón, aunque en ocasiones con

diferente significado biológico.

UNIDAD II

BIOQUÍMICA CLÍNICA


296

Para asegurar la identificación correcta del tubo apropiado, los tapones de los tubos que

contienen anticoagulante y aditivo están codificados, según normativa internacional, por

colores:

INTERFERENCIAS: Pueden ser debidas a:

1) Lisis de células: Ciertas sustancias están en el interior de las células en concentraciones

muy diferentes respecto a las del suero/plasma. Por tanto, la lisis de las células puede

alterar la concentración normal en suero/plasma para algunas sustancias.

La hemólisis (lisis anormal de los eritrocitos) puede deberse a muchas causas pero cabe

destacar por su frecuencia:

1. extracción muy rápida de la sangre

2. transporte-almacenamiento prolongado;

El suero presenta un aspecto hemolítico cuando la concentración de la Hb es >200 mg/L.


307

o Su elevación en LA y suero materno indica defectos de cierre del tubo neural,

lo cual se confirma mediante detección de acetil-colinesterasa en LA.

o La detección de AFP y β-HCG en suero "materno", junto con las semanas de

gestación, edad de la embarazada, peso, raza y enfermedades asociadas,

permite estimar el riesgo de Síndrome de Down: que se confirmaría con un

cariotipo.

o En no embarazadas: es un marcador tumoral ( ej : hepatocarcinoma).

Cociente lecitina/esfingomielina útil en diagnóstico de posible distres respiratorio

en el recién nacido.

Cariotipo: sirve para detectar alteraciones cromosómicas en el feto.

LIQUIDO ARTICULAR (SINOVIAL): está en la cavidad articular y tiene como función la de

lubricar la articulación. En condiciones normales, presenta aspecto transparente, escaso

número de células.

- La muestra se obtiene por paracentesis (al igual que en los líquidos pleural,

peritoneal, etc) Generalmente se realizan estudios conocer si se trata de un exudado

o un trasudado.

Características macroscópicas: es un líquido claro, incoloro, viscoso. Si el líquido aparece

turbio indica proceso inflamatorio. Si tiene aspecto opaco puede ser septico (Ej: una artritis

tuberculosa).

Caracteristicas en estudios de laboratorio:

Se hace conteo celular. Según la cifra de leucocitos encontrada por microlitro, se clasifican

los líquidos en 4 tipos:

Normal: < 200

Mecánico: 200-2.000

Inflamatorio: 2.000-75.000

Séptico: > 100.000

Estudio bioquímico: Glucosa puede disminuir en caso de infección.

Proteínas Totales: la cantidad normal es de 20 g/L, y aumenta en inflamaciones.

Investigación de cristales: Se utiliza el microscopio de luz polarizada para investigar la

presencia de cristales en el líquido sinovial, que tiene lugar en las artritis gotosa, artritis

reumatoide, etc).


319

BIBLIOGRAFÍA.

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Omega, Barcelona, 4ª ed., 2006.

- LOZANO, J. A., et al: Bioquímica y Biología Molecular. Editorial McGraw-Hill

Interamericana. Madrid, 3ª ed., 2005.

- LOUISOT, P.: Bioquímica Estructural. Editorial AC. España, 1977.

- DEBLIN, T. M.: Bioquímica, libro de texto con aplicaciones clínicas, Editorial

Reverté, S.A. España. 4ª ed., 2004.

- KOOLMAN, J.A., ROHM, K-H.: Bioquímica, texto y atlas. Editorial Médica

Panamericana, 3ª Ed., 2004.

- The Merck Manual Online. 2004-2010 Merck Sharp & Dohme Corp. Robert S.

Porter, Justin L. Kaplan, Eds.

- Harrison Principios de Medicina Interna. 17a edición. Anthony S. Fauci,

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- ALBERTS, B.; BARY, D.; LEWIS, J.; RAFF, M,; ROBERTS, K.; WATSON, J.D.

“Biología Molecular de la célula”. Ediciones Omega, 3ª ed., 2002.

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VOLUMEN III: BIOQUÍMICA GENERAL Y CLÍNICA · 2016-02-12 · Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente, por los mismos elementos químicos, aproximadamente