2. BIOQUÍMICA y BIOFÍSICA

Sección 2

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

AUTOR Dr. JESUS IGNACIO DOMINGUEZ CALVO Residente de Cardiología Hospital Clínico Universitario San Carlos Madrid

Jefe de Servicio: Dr. L. Sánchez Harguindey Pimentel Pimentel

INDICE

BIOQ UIMICA Y BIOFISICA BIOQUIMICA Capítu Capítulo lo I. I. CARBOHIDRATOS. COMPOSI OMPOSICIO CION N ESTRUC ESTRUCTUR TURAL AL Y FUNCIONES FUNCIONES METABOLICAS METABOLICAS

Composición estructural Catabolismo de los hidratos de carbono

Capítu Capítulo lo II. II. PROTEINAS. AMINOACIDO MINOACIDOSS CONSTITUYEN CONSTITUYENTES TES Y PROP PROPIE IEDA DADE DESS DE LOS LOS PÉPT PÉPTID IDOS OS

Proteínas: estructura y funciones Aminoácidos: composición y propiedades

Capítu Capítulo lo III. III. NUCLEOTIDOS. METABO ETABOLI LISM SMO O Y VIAS VIAS DE SINT SINTES ESIS IS Definición, nomenclatura, propiedades y funciones Biosíntesis Degradación de las purinas

Capítulo IV. LIPIDOS. PROPIED ROPIEDADE ADESS METABOL METABOLICA ICASS. HORMONAS ORMONAS ESTEROIDEAS ESTEROIDEAS Composición y propiedades Clasificación

Capítu Capítulo lo V. V. ENZIMAS. CINÉT INÉTIC ICA AY PROPIEDADES

Definición y propiedades Cinética enzimática Inhibición enzimática

Capítu Capítulo lo VI. VI. VITAMINAS Conceptos generales Clasificación

Capítu Capítulo lo VII. VII. METABOL ETABOLISM ISMO O DE GLUCOS GLUCOSA A Y GLUCOG GLUCOGENO ENO

Glucólisis. Esquema y características características Destinos metabólicos del piruvato Gluconeogénesis Ciclo de Cory Glucogenogénesis

Capítul Capítuloo VIII. CICLO ICLO DE KREBS. VIA DE LAS LAS PENT PENTOS OSAS AS FOSF FOSFAT ATO O CADENA RESPIRATOR RESPIRATORIA IA. Ciclo del ácido cítrico Vía de las pentosas fosfato Cadena de transporte electrónico

Capítul Capítuloo IX. METABOL ETABOLISM ISMO O DEL COLESTEROL. HORMONAS ORMONAS ESTEROIDEAS ESTEROIDEAS. SINTE INTESI SISS Y BETAO BETAOXI XIDA DACI CION ON DE ACID ACIDOS OS GRASOS. CETOGENESIS Síntesis del colesterol Compuestos derivados del colesterol Síntesis de ácidos grasos Betaoxidación de ácidos grasos Cetogénesis

Capítul Capítuloo X. DEGRADACIO EGRADACION N OXIDATIVA OXIDATIVA DE LOS AMINOA AMINOACID CIDOS OS

Digestión proteica Desaminación oxidativa de los aminoácidos

Capítul Capítuloo XI. REPLICACION TRANS RANSCR CRIP IPCI CION ON Y TRAD TRADUC UCCI CION ON DE LOS LOS ACIDOS ACIDOS NUCLÉICOS NUCLÉICOS

Introducción Replicación Transcripción Traducción

INDICE

BIOQ UIMICA Y BIOFISICA BIOQUIMICA Capítu Capítulo lo I. I. CARBOHIDRATOS. COMPOSI OMPOSICIO CION N ESTRUC ESTRUCTUR TURAL AL Y FUNCIONES FUNCIONES METABOLICAS METABOLICAS

Composición estructural Catabolismo de los hidratos de carbono

Capítu Capítulo lo II. II. PROTEINAS. AMINOACIDO MINOACIDOSS CONSTITUYEN CONSTITUYENTES TES Y PROP PROPIE IEDA DADE DESS DE LOS LOS PÉPT PÉPTID IDOS OS

Proteínas: estructura y funciones Aminoácidos: composición y propiedades

Capítu Capítulo lo III. III. NUCLEOTIDOS. METABO ETABOLI LISM SMO O Y VIAS VIAS DE SINT SINTES ESIS IS Definición, nomenclatura, propiedades y funciones Biosíntesis Degradación de las purinas

Capítulo IV. LIPIDOS. PROPIED ROPIEDADE ADESS METABOL METABOLICA ICASS. HORMONAS ORMONAS ESTEROIDEAS ESTEROIDEAS Composición y propiedades Clasificación

Capítu Capítulo lo V. V. ENZIMAS. CINÉT INÉTIC ICA AY PROPIEDADES

Definición y propiedades Cinética enzimática Inhibición enzimática

Capítu Capítulo lo VI. VI. VITAMINAS Conceptos generales Clasificación

Capítu Capítulo lo VII. VII. METABOL ETABOLISM ISMO O DE GLUCOS GLUCOSA A Y GLUCOG GLUCOGENO ENO

Glucólisis. Esquema y características características Destinos metabólicos del piruvato Gluconeogénesis Ciclo de Cory Glucogenogénesis

Capítul Capítuloo VIII. CICLO ICLO DE KREBS. VIA DE LAS LAS PENT PENTOS OSAS AS FOSF FOSFAT ATO O CADENA RESPIRATOR RESPIRATORIA IA. Ciclo del ácido cítrico Vía de las pentosas fosfato Cadena de transporte electrónico

Capítul Capítuloo IX. METABOL ETABOLISM ISMO O DEL COLESTEROL. HORMONAS ORMONAS ESTEROIDEAS ESTEROIDEAS. SINTE INTESI SISS Y BETAO BETAOXI XIDA DACI CION ON DE ACID ACIDOS OS GRASOS. CETOGENESIS Síntesis del colesterol Compuestos derivados del colesterol Síntesis de ácidos grasos Betaoxidación de ácidos grasos Cetogénesis

Capítul Capítuloo X. DEGRADACIO EGRADACION N OXIDATIVA OXIDATIVA DE LOS AMINOA AMINOACID CIDOS OS

Digestión proteica Desaminación oxidativa de los aminoácidos

Capítul Capítuloo XI. REPLICACION TRANS RANSCR CRIP IPCI CION ON Y TRAD TRADUC UCCI CION ON DE LOS LOS ACIDOS ACIDOS NUCLÉICOS NUCLÉICOS

Introducción Replicación Transcripción Traducción

INDICE

BIOFISICA Capítu Capítulo lo XII. XII. BIOFI IOFISI SICA CA DE LAS LAS RADIACIONES

Concepto y parámetros Enfoque biomédico Conceptos importantes Aplicaciones

Capítu Capítulo lo XIII. XIII. BIOFISI IOFISICA CA DEL APARATO APARATO LOCOMOTOR LOCOMOTOR

Conceptos Palancas en el cuerpo humano Componentes rígidos y deformables en el cuerpo humano

Capítu Capítulo lo XIV. XIV. TERMODINAMI ERMODINAMICA CA Y BIOENERGÉTICA

Definición y conceptos Leyes de la termodinámica Bioenergética animal Control de la disipación de calor

Capítu Capítulo lo XV. XV. POTENCIALES BIOELÉCTRICOS

Introducción a las membrranas biológicas Propiedades eléctricas de las membranas Potencial de acción

Capítu Capítulo lo XVI. XVI. VISIO ISION N Y AUDICION Introducción Ondas sonoras Audición Ondas electromagnéticas Visión. El ojo como sistema optico Aplicaciones de luz y sonido en medicina

Capítu Capítulo lo XVII. XVII. MECANICA CIRCULATORIA

Conceptos y leyes importantes Organización del sistema circulatorio

BIBLIOGRAFIA INDIC NDICE E DE MATERIAS

Capítulo I

CARBOHIDRATOS . COMPOSICION ESTRUCTURAL Y FUNCIONES METABOLICAS Indice Composición estructural

COMPOSICION ESTRUCTURAL Los Carbohidratos son Polihidroxialdehídos o Polihidroxicetonas, o sustancias que rinden estos compuestos por hidrólisis. Son compuestos que responden generalmente a la fórmula empírica: C-H2-O.Aunque algunos incorporan también Nitrógeno, Fósforo o Azufre. Existen tres clases principales de carbohidratos:   — M onosacáridos: son azúcares simples, están constituidos por una sola unidad de polihidroxialdehído o polihidroxicetona. El monosacárido más abundante en l a naturaleza es la D-Glucosa.   — Oligosacáridos: Están constituidos por cadenas cortas de unidades de monosacáridos unidas entre sí por enlaces covalen-

Catabolismo de los hidratos de carbono  

tes. Los más abundantes son los Disacáridos, que poseen dos unidades de monosacárido. Ej., Sacarosa o azúcar de caña, está constituida por D-Glucosa y DFructosa.   — Polisacáridos: Están constituidos por cadenas largas que poseen centenares o millares de unidades de monosacárido. Los polisacáridos más abundantes son el Almidón y la Celulosa, ambos constituidos por unidades de D-glucosa que se repiten.

Monosacáridos Son sólidos, incoloros, cristalinos muy solubles en agua e insolubles en disolventes polares. Sabor dulce. El esqueleto de los monosacáridos es una cadena carbonada sencilla, con los carbonos unidos por enlace simple y que no posee ramificaciones. 61

CARBOHIDRATOS. COMPOSICION ESTRUCTURAL. FUNCIONES METABOLICAS.

MONOSACARIDOS H

H

C=O

H — C — OH

H —C —OH

C=O

H —C —OH

C

H

H

Gliceraldehído: Aldosa

Dihidroxiacetona: Cetosa

ESTEREO ISOMEROS CHO

CHO

H — C —OH

C*= Carbono quiral.

HO —C*— H

21= 2 Estereoisómeros. CH2OH

CH2OH

D- Gliceraldehído

L-Gliceraldehído

EPIMEROS

FORMULA CICLICA: CHO

CHO 6CH2OH

H — C2—OH

OH — C2—H

H

O

5

H

H OH —C — OH

OH —C — OH

H —C —OH

H —C —OH

4

OH

OH

H

H —C —OH

CH2OH

OH

2

3

H —C —OH

1

H

OH

CH2OH

D-Glucosa

D-Manosa

D-glucosa

ANOMEROS CH2OH H

CH2OH O

H

H

H OH

H

H

OH

Fig. 1. Monosacáridos.

62

OH

H

OH

α-D-Glucosa

O

1

OH

OH

OH

H

H

OH

β-D-Glucosa

1

H

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

Uno de los átomos de Carbono está unido por enlace doble a un átomo de Oxígeno para formar un grupo carbonilo, el resto de los carbonos posee un grupo hidroxilo. Si el grupo Carbonilo se encuentra en el extremo de la cadena hidrocarbonada, el monosacárido es un Aldehído y se llama Aldosa. Si el grupo Carbonilo se encuentra en cualquier otra posición, el monosacárido es una Cetona y se l lama Cetosa. Monosacáridos de tres carbonos son las Triosas, las más importantes: Gliceraldehído y Dihidroxiacetona. Monosacáridos de 4, 5, 6 y 7 carbonos son las Tetrosas, Pentosas, Hexosas y Heptosas respecti vamente. Las hexosas, entre las que se encuentra l a D-Glucosa y la DFructosa, son los monosacáridos más abundantes de la nat uraleza. Las pentosas: D-Ribosa y 2 Desoxirribosa son los azúcares que componen los ácidos nucleicos. Todos los monosacáridos, a excepción de la dihidroxiacetona, contienen uno o más átomos de carbono asimétricos o quirales (carbono quiral es el que está unido a cuatro grupos funcionales distintos) y poseen por tanto formas isómeras ópticamente activas que son imágenes especulares no superponibles entre sí. Capaces de desviar el plano de la luz polarizada en una u otra dirección. Estas formas se llaman isómerosopticas, enantiomeros o esteroisómeros. Existen tantos estereoisómeros como 2 elevado al número de carbonos quirales que existen en la molécula. Así el Gliceraldehído, que posee un único carbono quiral, posee dos estereoisómeros. 2 elevado a 1 es igual a 2. (fig. 1) Una disolución de un esteroisomero que haga girar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda (sentido contrario a las agujas del reloj) es el isómero Levorrotatorio. El esteoisómero que hace girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha (sentido de giro de las agujas del reloj. es el isómero dextrorrotatario. La configuración absoluta D o L se emplea para referirse a la configuración del átomo de carbono quiral, más distante del átomo de carbono carbonílico. Cuando el grupo hidroxilo del carbono quiral más distante se proyecta hacia la derecha de la fórmula de proyección el azucar se designa como D. Si se proyecta hacia la izquierda, el azucar se designa como L. Epímeros: son isómeros ópticos que sólo difieren en la configuración alrededor de un átomo de carbono. Ej.D-Glucosa y D-Manosa son Epímeros en el carbono 2. Enantiomeros: Esteroisómeros cuyas estructuras no son superponibles en el espacio, por ser imágenes especulares.  Formas cíclicas

Los monosacáridos con más de 5 átomos de carbono que son Aldosas y los de más de 6 carbonos que son Cetosas en disolución aparecen en formas cíclicas al formarse un enlace covalente intramolecular entre el grupo carbonilo aldehído de la

2 1

Los carbohidratos al hacerse cíclicos presentan un átomo de carbono que no era simétrico en la fórmula lineal y que se hace asimétrico en la cíclica. Este carbono se llama: 1. 2. 3. 4. 5.

Carbono Anfipático. Carbono Epimérico. Carbono Anómerico. Carbono Alostérico. No existe ningún átomo de carbono que se comporte así.

2

Denominamos Isómero Dextrorrotatorio: 1 2 3 4 5

Aquel esteroisómero que hace girar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda, contrario a las agujas del reloj. Carbono quiral más distal cuyo grupo hidroxil o se proyecta hacia la derecha. Carbono quiral más distal cuyo grupo hidroxil o se proyecta hacia la izquierda. Esteroisómero que hace girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha, sentido de las agujas del reloj. Isómero que aparece sólo en las fórmulas cíclicas.

3

¿Cuántos esteroisómeros ti ene un monosacárido de 3 carbonos quir ales?: 1. 2. 3. 4. 5.

2* 2* 2* 2. 2* 2+1. 2. 8. 16.

4

La Hidroxiacetona tiene: 1. 2. 3. 4. 5.

1 carbono quiral. Ningún carbono quiral. 2 carbonos quirales. 3 carbonos quirales. 4 carbonos quirales.

5

Glucosa y Manosa son epímeros, esto significa: 1. 2. 3. 4. 5.

La estructura de una es el espejo de la otra. Son esteroisómeros levorrotatorios. Uno es el isómero L y el otro el D. Se diferencian en la confi guración de un átomo de carbono. Son anómeros.

  ;  4 :  5  ;  2 :  4  ;  4 :  3  ;  4 :  2 .  3 :  1 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

63

CARBOHIDRATOS. COMPOSICION ESTRUCTURAL. FUNCIONES METABOLICAS.

aldosa originando un hemiacetal, o el grupo carbonilo ceto de una cetosa originándose un hemicetal. El carbono carbonílico que no era asimétrico en las formulas lineales se hace asimétrico en la estructura cíclica. A este carbono se le llama Carbono Anomérico o Hemiacetálico y da lugar a dos formas isoméricas o Anómeros. Ej. alfa-D-Glucosa y Beta-D-Glucosa.

Disacáridos Son dos monosacáridos unidos por un enlace covalente entre el carbono anomérico de uno de los residuos del azúcar y un grupo hidroxilo del otro residuo de azúcar.

CATABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE CARBONO La mayor parte de los hidratos de carbono que se ingieren están en forma de almidón, polisacárido complejo, formado por muchas unidades de hexosa, unidas por enlaces 1,4 ó 1,6. Enzimas que intervienen en la degradación de los hidratos de carbono:

Amilasas

 Principales disacáridos

Salival y pancreática, hidrolizan el almidón dando lugar primero a oligosacáridos y después a disacáridos, sobre todo a maltosa. Los disacáridos son divididos enzimáticamente por las:

 Maltosa

Disacaridasas

Formada por dos unidades de D-Glucosa unidas por un enlace glucosídico, alfa-1-4.

Localizadas sobre las microvellosidades de las células intestinales. Existen dos tipos de Disacaridasas:

 Lactosa

Formada por D-Galactosa y D-Glucosa unidas por un enlace, beta-1-4. Es el azúcar de la leche. Sacarosa

Es el azúcar de caña, está formado por D-Glucosa y D-Fructosa unidas por enlace glucosídico, beta-2-1.

64

 — Galactos idasas: como la Lactasa, descompone la lactosa en glucosa y galactosa.  — Glucosidasas: Sacarasa y Malt asa. Sacarasa, descompone la sacarosa en fructosa y glucosa, y Maltasa, descompone la maltosa en dos moléculas de glucosa. A continuación, estos monosacáridos son transportados a través de las células hacia la circulación portal, de aquí pasan al hígado, que se encarga de mantener unos niveles fijos de glucosa en sangre, unos 80-100 mg./ml.

Capítulo II

P ROTEINA S . AMINOACIDOS CONSTITUYENTES Y P ROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS Indice Proteínas: estructura y funciones

Aminoácidos: composición y propiedades  

Dra. MARTA MATEO MORALES

PROTEINAS. ESTRUCTURA Y FUNCIONES Cualquier miembro de un grupo de compuestos orgánicos complejos que contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y, por lo general, azufre. azufre. En En ellos el element o característ característ ico es el nitrógeno y se encuentran ampliamente distribuidos en las plantas y los animales. Las proteínas están formadas por combinaciones de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Existen 20 aminoácidos diferentes, y cada proteína tiene una secuencia única y genéticamente definida de aminoácidos de la que dependen su forma y su función específicas. Sirven como enzimas, elementos estructurales, hormonas, inmunoglobulinas, participan en el transporte de oxígeno, la contracción muscular, el transporte de electrones y otras funciones corporales.

Niveles estructurales de las proteínas  Estructura primaria

Secuencia de residuos aminoácidos que la forman, nos permite clasificar clasifi car las proteínas en en fi brosas brosas y globulares. globulares. Determina conformación y función.  Estructura secundaria

Se refiere a la conformación de los residuos aminoácidos adyacentes en las cadenas polipeptídicas, es decir, su ordenación en el espacio. Así, la hélice alfa es la estructura secundaria de las alf a querati queratinas. nas.  Estructura terciaria

Es la conformación tridimensional de las proteínas; plega65

PROTEINAS. AMINOACIDOS CONSTITUYENTES Y PROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS

COOH H2N— C— CH3

COOH H3N+— C— H

H

COOH H3N+— C— H

CH CH3

CH2 CH3

CH H3C

ALANINA

VALINA

CH3

LEUCINA

COOH COOH

COOH

H3N— C— H

H3N— C— H

H3N— C— H CH2

FENILALANINA

CH2

CH2

SH

COO-

CISTEINA

ACIDO ASPARTICO

Fig. 2. Estructura de los aminoácidos.

mientos mediante los cuales residuos muy alejados en la estructura primaria pueden aparecer juntos. Es propia de las proteínas globulares. Se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno, acciones iónicas o interacciones hidrofóbicas entre los radicales de los aminoácidos constituyentes de las cadenas peptídicas.  Estructura cuaternaria

Conjugadas o Compuestas

Son aquellas en las que la molécula proteínica se encuentra unida a otra no proteínica o varias de ellas (grupo prostético). Entre ellas están nucleoproteínas, mucoproteínas, lipoproteínas, fosfoproteínas. Según su forma se clasifican en: Globulares

Es la unión de dos o más cadenas polipeptídicas separadas por enlaces no covalentes o entrecruzamientos covalentes.

Forma compacta y esférica, solubles en sistemas acuosos que desempeñan funciones que exigen movilidad. Ej. hemoglobina, anticuerpos.

Clasificación

 Fibrosas

Las proteínas se pueden clasificar como: Simples

Sólo compuestas por aminoácidos. Constituyen la mayoría de las proteínas del cuerpo, generalmente solubles en agua o solución salina; a este grupo pertenecen albúminas, globulinas, histonas y protaminas. 66 

Alargadas y finas, insolubles en agua, con funciones estáticas, estructurales o protectoras como el colágeno, la queratina, actina, miosina. Existen dos tipos: Disposición de la hélice Alfa Alf a y disposicion disposicion de hélice hélice Beta. Beta.  Hélice-Alfa

Ejemplo alfa-Queratinas: forman parte del pelo, piel y uñas. Son insolubles en agua. Pueden estirarse longitudinalmente.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

Están f ormadas por cadenas que se disponen paralelas. Presentan puentes de hidrógeno intracatenarios. Son ricas en residuos de cisteína, pudiendo formar enlaces covalentes de cisteína entre cadenas vecinas.

2 6

¿Cuál de l os siguient es aminoácidos no es un aminoácido esencial?: 1. 2. 3. 4. 5.

 Hélice-Beta

Ejemplo: beta-Queratinas: fibroína de la seda. Son insolubles en agua. Son flexibles y blandas pero no se estiran. Están di spuestas en hoja plegada o zig-zag. No poseen enlaces de hidrógeno intracatenarios pero sí intercatenarios. No existen enlaces de cisteína intercatenarios. Las cadenas corren antiparalelas.

7

¿Cuál de las siguientes opciones sobre la hélice beta es falsa?: 1. 2. 3. 4. 5.

Colágeno

Proteína más abundante del cuerpo humano, su estructura básica es el tropocolágeno, molécula compuesta por una triple hélice en la que cada cadena polipeptídica constituyente se arrolla sobre sí misma sin seguir una disposición de alfa o beta hélice sino una configuración específica del colágeno. Entre cadenas se unen por enlaces de hidrógeno y por la unión de restos de lisina, enlace muy específico del colágeno.

En la naturaleza los aminoácidos se unen por enlaces peptídicos tipo: 1. 2. 3. 4. 5.

Los sillares primarios de todas las proteínas son un grupo de 20 aminoácidos diferentes, cada uno de los cuales posee la siguiente estructura (fig. 2):

Clasificación de los aminoácidos según sus propiedades  No Polares

Por la l a natural eza eza hidrocarbonada de su grupo R, son hidróf obos o insolubles en agua: alanina, leucina, valina, isoleucina, metionina, fenilal anina, trptófano y proli prolina. na.

Las cadenas corren antiparalelas. anti paralelas. Existen puente puentess de de hidróg hidrógen enoo intercate intercatenar narios. ios. No existen puentes de hidrógeno intracatenarios. int racatenarios. Son insolubl es en agua. Pueden estirarse esti rarse longit udinalmente. udinalment e.

8

AMINOACIDOS. COMPOSICION Y PROPIEDADES

Carbono alfa, grupo amino (NH2), grupo carboxilo (COOH) y cadena lateral (R ) que confiere individualidad química. Todos los aminoácidos, excepto la glicina, tienen un carbono asimétrico o quiral, pues se halla unido a cuatro gruposconstituyentes diferentes, por esta razón existen dos isómeros especulares, estereoisómeros, enantiómeros o isómeros ópticos (ver configuración L y D en capítulo de carbohidratos), según hacen girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha (dextrorrotatorio) o hacia la izquierda (levorotatorio). Los aminoácidos de las prot eínas humanas son son L-estereoisómeros. Isómeros Geométricos: difieren en la organización de sus grupos alrededor de un doble enlace. Pueden aparecer en disposición Cis o is o en disposición Trans ; en la naturaleza los aminoácidos se unen por enlaces peptídicos en disposición Trans (tabla I).

Val i na. Aspártico. Metionina. Histidina. Treoni na na.

Cis. Cis o Trans rans indistinta indistintame mente nte.. Trans. Sólo los aminoácidos aminoácidos esenciales se unen en disposición disposici ón cis. Tanto Tanto los aminoácidos aminoácidos esenciales esenciales como como los no esenciales se se unen en disposici ón Cis. Cis.

9

¿Qué Qué aminoácido aminoáci do posee un grupo Imidazol en su molécula?: 1. 2. 3. 4. 5.

Histidina. Prolina. Alanina. Triptófano, fenilalanina y Tirosina. Tirosina. Leucina.

10

¿Qué es el PH Isoeléctrico?: 1. 2. 3. 4. 5.

Es igual igual a l a suma suma de los los PH PH de los aminoá aminoácido cidoss ácidos ácidos que que forman la proteína. Tiene el mismo mismo valor valor para todas todas las proteí proteína nas, s, sólo sólo depend dependee del medio en que se solubilicen. Es el PH PH al cual cual un aminoácido es es neutro eléctricamente. En la igualdad: ph= pk + log. A/ B. Se cumple cuando cuando A/ B= 0. Es el valor del del ph al cual un aminoácido tiene la mínima capacicapacidad tampón.

 .  3 :  0   1  ;  1 :  9  ;  3 :  8  ;  5 :  7  ;  2 :  6 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

67 

PROTEINAS. AMINOACIDOS CONSTITUYENTES Y PROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS

TABLA I Aminoácidos esenciales

— Arginina. — Histidina. — Lisina. — Fenilalanina. — Triptófano. — Metionina. — Leucina. — Isoleucina. — Valina. — Treonina.

 Polares o hidrófilos

Son solubles en agua, ya que contienen diferentes grupos funcionales que forman puentes de hidrógeno con el agua; según su polaridad pueden ser: neutros, ácidos o básicos. Polares Neutros

  — Glicina: único aminoácido cuyo átomo de carbono no es quiral, pues su grupo R es un átomo de hidrógeno.  — Serina, Treonina y Tirosina: su grupo R es un grupo hidroxilo.  — Glutamina y Asparragina: su grupo R es un grupo amido.  — Cisteína : su grupo R es un grupo Sulfhidrilo. Polares con carga negativa o ácidos

 — Aspártico y Glutámico: su grupo R es un grupo carboxilo, COOH. Polares con carga positiva o Básicos

dieta, son: arginina, lisina, histidina, fenilalanina, triptófano, metionina, leucina, isoleucina, valina y t reonina.

Aminoácidos especiales Hidroxiprolina e hidroxilisina, son los principales componentes del colágeno. Acido carboxiglutámico: forma parte de la protrombina y desempeña un importante papel en la coagulación, gracias a su capacidad de ligar calcio. Desmosina, aminoácido formado a su vez por lisinas , forma parte de la elastina. N-Metil lisina: es un componente importante de las fibras musculares de miosina.

PH Isoeléctrico o punto isoeléctrico Antes de definir este concepto es preciso conocer el concepto de constante de disociación de una reacción: Los compuestos eléctricamente se clasifican como ácidos o bases. Los ácidos son sustancias capaces de ceder protones, mientras que las bases son compuestos capaces de aceptar protones o lo que es lo mismo capaces de liberar un grupo hidroxilo. Un dador de protones y el correspondiente aceptor de protones constituyen un par ácido-base conjugado y existe un parámetro específico, conocido como la constante de disociación; que es la constante de equilibrio de la reacción: AB <— — — — > A- + B. El valor de la constante de equilibrio es: K = (A-) + (B+) / (AB). Como sabemos, el pH es el logaritmo de la i nversa de la concentración de protones: ph = log. 1/ (H+). Del mismo modo el PK = log. 1/K PH = PK + log (A-)/ (B+).

 — Histidina, Arginina y Lisina.

Otras características  — El único aminoácido cetogénico puro es la Leucina.   — Aminoácidos con grupo aromático: Fenilalanina, Triptófano y Tirosina.  — Aminoácido con grupo imidazol: Histidina.  — Aminoácido con grupo R cíclico: Prolina.

Aminoácidos Esenciales Son aquellos aminoácidos que nuestro organismo no es capaz de sintetizar y que por tanto deben ser aportados con la

68

Esta igualdad se cumple para aquel valor en que (A-) =(B+), ya que entonces el cociente es 1 y log 1 = 0. Así pues el PK es el valor del PH en el cual una sustancia se halla disociada en un 50%. El PH isoeléctrico o punto isoeléctrico. Equivale a la media aritmética de los PK de cada uno de los grupos funcionales que constituyen ese aminoácido, es por tanto el pH, al cual un aminoácido es neutro eléctricamente y no se desplazaría eléctricamente en un campo eléctrico. En este valor del PH la capacidad tampón del aminoácido es máxima.

Capítulo III

NUCLEOTIDOS . METABOLISMO Y VIAS DE SINTESIS Indice Definición, nomenclatura, propiedades y funciones 

Degradación de las purinas 

Biosíntesis 

DEFINICION, NOMENCLATURA, PROPIEDADES Y FUNCIONES Un nucleótido resulta de la fosforilación de un nucleósido. Un nucleósido resulta de la unión de una base nitrogenada y un azúcar de 5 carbonos (una pentosa) mediante un enlace NO-Beta-glicosídico con pérdida de una molécula de agua. La pentosa puede ser ribosa (en el RNA) o desoxirribosa (en el DNA). Las bases nitrogenadas son de dos tipos: purinas (doble anillo): adenina y guanina, y pirimidínicas: citosina, timina y uracilo. Los nucleósidos correspondientes son respectivamente adenosina (A), guanosina (G), citidina (C), ti midina (T) y uridi na (U). Los nucleótidos correspondientes son respectivamente AMP (adenosín monofosfato), GMP, CMP, UMP, dTMP (desoxitimidin monofosfato) y sus formas di- y t rifosfato. Los nucleótidos tienen carga negativa y carácter ácido a pH fisiológico por su grupo fosfato.

Los ácidos nucleicos son largos polímeros de nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster (covalentes, pues) entre el hidroxilo 3’ de un azúcar de un nucleótido y el fosfato 5’del nucleótido siguiente. En el DNA el azúcar es la desoxirribosa y las bases son A, G, C, T. En el RNA el azúcar es la ribosa y las bases son A, G, C, U.

Funciones de los nucleótidos  — Transportadores de energía química (ATP).  — Componentes de los ácidos nucleicos (la más característica).   — Componentes de coenzimas (NAD,FAD) y efect ores alostéricos por sí mismos.  — M ediadores fisiológicos (AMPc). 69

NUCLEOTIDOS. METABOLISMO Y VIAS DE SINTESIS

BIOSINTESIS Nucleótidos de purina Sobre la ribosa-5-fosfato se construye el doble anillo de purina en el que intervienen glicina, aspartato, un CO 2, el formiato y la amida de la glutamina. 5-fosfato de ribosa (PR)→pirofosfato de PR (PRPP)→1--PRA (fosforribosilamina)→ácido inosínico (IMP) IMP— -2— -AM P (ácido adenílico) IMP— -3— -GM P (ácido guanílico) El AMP inhibe los pasos 1y 2. El GMP inhibe los pasos 1 y 3.

11

Los nucleótidos: 1. 2. 3. 4. 5.

Tienen cargar positi va. Se unen por enlaces covalentes 3'----5' para formar los ácidos nucleicos. Resultan de la fosforil ación de las bases nitrogenadas. Se unen por enlaces glucosídicos para formar los ácidos nucleicos. De pirimidina participan todos en el DNA.

12

Pirimidinas El anillo se sintetiza a partir de aspartato y carbamilfosfato, unión catalizada por la aspartato transcarbamilasa. El carbamilfosfato, a diferencia del necesario para el ciclo de la urea, se sintetiza en el citosol y no en la mitocondria. El primero en sintetizarse es el UMP— -UTP— -CTP. El CTP, último producto de esta cadena, es el inhibidor alostérico de la enzima reguladora de esta ruta, la aspartatotranscarbamilasa.

DEGRADACION DE LAS PURINAS

Con respecto a los nucleótidos de pirimidina no es cierto que: 1. 2. 3. 4. 5.

El anillo se sintetiza a partir de aspartato y carbamilfosfato. El enzima regulador de la síntesis es la carbamilfosfato sintetasa. En el DNA no hay uracilo. El carbamilfosfato proviene del citosol. Uno de los principales inhibidores alostéricos en la síntesis es el CTP.

13

En la composición de los ácidos nucleicos es cierto que:

En humanos conduce al ácido úrico. AM P→adenosina→inosina→hipoxantina (base purínica del nucleósido inosina). GM P→guanosina→-guanina→xantina. HIPOXANTINA— -(A)→-XANTINA— -(B)→ACIDO URICO. Los pasos A y B están catalizados por la xantín-oxidasa, enzima que se inhibe por el alopurinol, de eficacia clínica en el tratamiento de la hiperuricemia. Tanto la guanina como la hipoxantina pueden recuperarse para la síntesis de AMP y GMP gracias a la enzima HGPRT (hipoxantina-guanina-fosforribosiltransferasa), que les une la ribosa fosfato del PRPP. Esta es la vía de recuperación de los nucleótidos de purina. El déficit de esta enzima condiciona el síndrome de Lesch-Nyhan, con retraso mental y automutilaciones.

1. 2. 3. 4. 5.

Son largos polímeros de nucleóti dos unidos por enlaces glucosídicos. En el DNA el azúcar es una hexosa. El ácido guanílico es un nucleósido de purina. Los nucleótidos por sus componentes nitrogenados tiene pH básico. DNA y RNA están compuestos por pentosas.

14

Con respecto a los nucleótidos de purina no es cierto que: 1. 2. 3. 4. 5.

Son necesariospara su sintesis glicina, aspartato, glutamina y formiato. AM P y GMP son los principales inhibidores altéricos de su síntesis. El síndrome de Lesch-Nyhan esta causado por un defecto enzimático en la degradación de las purinas. El uracilo no interviene en su composición. El ácido úrico es el producto final de su degradación.

15

Con respecto a la composición de los ácidos nucleicos es cierto que: 1 2 3 4 5

El ácuido adenílico es un nucleósido. Citosina es un nucleótido. Timidina interviene en la composición del RNA. UMP es un nucleótido de pirimidina. Citosina es una base de doble anillo.

 .  4 :  5   1  ;  3 :  4   1  ;  5 :  3   1  ;  2 :  2   1  ;  2 :  1   1 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

70

Capítulo IV

LIPIDOS . PROPIEDADES METABOLICAS . HORMONAS ESTEROIDEAS Indice Composición y propiedades

Clasificación  

Dra. MARTA MATEO MORALES

COMPOSICION Y PROPIEDADES Los lípidos son sustancias orgánicas insolubles en agua, grasa o aceitosas que pueden extraerse de los tejidos y de las células mediante disolventes no polares, como el éter o el cloroformo. Existen cinco tipos principales de lípidos: Triacilglicéridos, Ceras, Fosfolípidos, Esfingolípidos y Esteroles. Así como los aminoácidos son los componentes básicos de las proteínas, los ácidos grasos son los sillares principales de la mayoría de los lípidos. Son ácidos orgánicos de cadena larga, que poseen entre 4 y 22 átomos de carbono, tienen un solo grupo carboxilo y una cola no polar hidrocarbonada que hace que la mayoría de los lípidos sean insolubles en agua. Los ácidos grasos no aparecen en forma libre en las células o los tejidos, sino que se encuentran unidos de forma covalente f ormando parte de los disti ntos lípidos de los que pueden liberarse por hidrólisis química o enzimática.

Difieren unos de otros en la longitud de la cadena y en la presencia y el número de dobles enlaces que presentan. Podemos encontrar dos t ipos de ácidos grasos:

Saturados Sólo poseen enlaces simples, no dobles enlaces; son sustancias sólidas de consistencia cérea; son moléculas flexibles, con gran libertad de rotación alrededor de los enlaces simples. Principales ácidos grasos saturados: láurico, palmítico, esteárico, araquínico.

Insaturados Poseen uno o más dobles enlaces en su cadena, son líquidos a temperatura ambiente; son moléculas rígidas con poca libertad de rotación por la existencia de dobles enlaces. 71

LIPIDOS. PROPIEDADES METABOLICAS. HORMONAS ESTEROIDEAS

ACIDOS GRASOS OLEICO: CH3(CH2)7CH= CH(CH2)7COOH LINOLEICO: CH3(CH2)4CH= CHCH2CH= CH(CH2)7COOH

TRIGLICERIDOS

H

H

H

H

C

C

C

O

O

O

C=O

C=O

C=O

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

GLICERINA

H

RESIDUOS DE PALMITOILO

TRIPALMITINA

FOSFOGLICERIDOS NH3 ALCOHOL CH2 CH2 O O

P

O-

AC. FOSFORICO

O H

CH2

C

C

O

O

C=O

C=O

CH2

CH2

GLICERINA H

Fig. 3. Lípidos.

72

H

AC. GRASOS

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

Principales ácidos grasos insaturados: palmitoleico, oleico, linoleico, linolénico y araquidónico. Los dobles enlaces de la mayoría de los ácidos grasos insaturados que existen se encuentran en configuración geométri ca cis . Los ácidos grasos diluidos en KOH o en NaOH se transforman en jabones en el proceso conocido como saponificación del que se obtienen jabones, que son las sales de los ácidos grasos y glicerina.

2 16

Respecto a los ácidos grasos, qué es falso: 1. 2. 3. 4. 5.

Son solubles en disolventes polares. No aparecen en forma libre sino unidos por puentes de hidrógeno formando parte de los distintos lípidos. Son ácidos orgánicos con grupo carboxilo y cola no polar hidrocarbonada. Forman parte de tri glicéridos, fosfolípidos y esfingolípidos. Diluídos en KOH se transforman en jabones.

CLASIFICACION Triacilglicéridos También conocidos como grasas neutras. Son ésteres del alcohol glicerina con tres moléculas de ácido graso. Existen muchas clases de triglicéridos, dependiendo de la i dentidad y de la posición de los tres ácidos grasos que esterifican la glicerina. Triacilglicéridos simples

Contienen una sola clase de ácido graso en las tres posiciones de la glicerina. Ej. triestearoglicerina, formada por ácido esteárico, o tripalmitoilgli cerina, formada por ácido palmítico. Triacilglicéridos mixtos

Contienen dos o más ácidos grasos diferentes. Los triacilglicéridos o t riglicéridos son los componentes principales del depósito graso en las células animales y en las plantas y normalmente no se encuentran en las membranas. Son moléculas no polares, hidrofóbicas que no contienen grupos funcionales con carga o de polaridad elevada.

Ceras Son ésteres de ácidos grasos y alcoholes de cadena larga. Son segregadas por las glándulas de la piel como recubrimiento protector para mantener la piel flexible, lubricada e impermeable.

Fosfolípidos A diferencia de los triglicéridos, son lípidos polares. Su papel fundamental es el de elementos estructurales de las membranas. Están constituidos por dos moléculas de ácido graso, una molécula de glicerina, que es esterificada por los dos ácidos grasos en los grupos hidroxilo 1 y 2, y por el ácido fosfórico en su 3.er grupo hidroxilo: formando el Acido Fosfatídico, y una segunda molécula de alcohol que queda localizado en la cabeza polar del fosfotípido. Los distintos tipos de fosfolípidos se designan según el alcohol situado en la cabeza polar, así tenemos: fosfoglicéridos, fosfatidiletanolamina o fosfatidilcolina que presentan los alcoholes: glicerina, etanolamina y colina respectivamente (fig. 3).

17

¿Cuál de los siguientes ácidos grasos son saturados?: 1. 2. 3. 4. 5.

Palmítico y Láurico. Araquidónico. Palmíti co y Araquidónico. Linoleico y Oleico. Linoleico y Linolénico.

18

¿Qué es ciert o sobre los l ípidos polares?: 1. 2. 3. 4. 5.

Son: triglicéridos, fosfolípidos y esfingolípidos. Siempre forman micelas en un medio acuoso. Son las ceras y los tri glicéridos. Son los fosfolípidos, esfingolípidos y esteroides. Sólo son los esteroides.

19

El ácido fosfatídico está formado por: 1. 2. 3. 4. 5.

Alcohol +ATP. Glicerina + ATP+ 2 ácidos grasos. Gli cerina + Ac. Fosfórico + 2 ác. grasos. Esfingomielina + ác. Fosfórico. ADN + Ac. graso + ac. fosfórico.

20

¿Cuál de los siguientes no es un fosfolípido: 1. 2. 3. 4. 5.

Cardiolipina. Fosfatidilcolina. Fosfatidilserina. Gangliósidos. Fosfatidilinisitol.

 .  4 :  0   2  ;  3 :  9   1  ;  4 :  8   1  ;  1 :  7   1  ;  2 :  6   1 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

73

LIPIDOS. PROPIEDADES METABOLICAS. HORMONAS ESTEROIDEAS

Esfingolípidos Lípidos componentes de membrana, compuestos por una molécula de ácido graso de cadena larga, una molécula de esfingosina (aminoalcohol de cadena larga) y un alcohol. Existen t res ti pos de esfingolípidos:  Esfingomielinas

Contienen fosfocolina o fosfoetanolamina, pueden incluirse dentro de los fosfolípidos, pues contienen fósforo en su molécula. Función, constituyen la cubierta de mielina de las células nerviosas.

Cuando contienen un grupo alcohol se llaman esteroles; el principal de ellos es el colesterol, su molécula posee una parte polar constituida por un grupo hidroxilo en posición 3 y una parte no polar constituida por el resto de la molécula. Más adelante se describe su metabolismo, funciones y vías de síntesis.

Lípidos polares y no polares  — No polares: triglicéridos y ceras.  — Polares: fosfolípidos, esfingolípidos y esteroides.

Cerebrósidos

Los lípidos polares en medio acuoso se dispersan espontáneamente formando:

El grupo polar de su cabeza está f ormado por una o más unidades de azúcar. Los cerebrósidos también son llamados glucoesfingolípidos; ejemplos de los mismos son:

 Micelas

  — Glucocerebrósidos, se encuentran profusamente extendidos en la capa externa de las membranas celulares.  — Galactocerebrósidos, presentes en las membranas de las células cerebrales. Gangliósidos

Poseen como cabeza polar oligosacáridos muy completos que contienen por lo menos un residuo de N-Acetil neuramínico (ácido siálico), son especialmente abundantes en las terminaciones nerviosas y en los receptores hormonales de las superficies celulares.

Esteroides Moléculas liposolubles, con cuatro anillos condensados, la molécula recibe el nombre de ciclopentanoperhidrofenantreno.

74

Estructura en la que las colas hidrocarbonadas de los lípidos quedan ocultas al entorno acuoso y las cabezas hidrofílicas quedan expuestas al mismo.  Monocapas

Estructura en la que las colas hidrófobas quedan expuestas al aire, evitando de esta manera el contacto con el agua, las cabezas hidrofílicas se extienden en la fase acuosa.  Bicapa

Separan dos compartimientos acuosos, las estructuras hidrocarbonadas se extienden hacia el interior desde las dos superficies para formar un núcleo hidrocarbonado interno y las cabezas hidrofílicas se encaran hacia el exterior y se extienden hacia la fase acuosa. Cuando la bicapa es continua se forma una vesícula cerrada llamada liposoma.

Capítulo V

ENZIMAS . CINETICA Y PROPIEDADES Indice Definición y propiedades  Cinética enzimática 

Inhibición enzimática 

Dra. MARTA MATEO MORALES

DEFINICION Y PROPIEDADES Conceptos generales Son macromoléculas de carácter proteico, el 99% son proteínas globulares y el resto RNAs catalíticos, capaces de catalizar una reacción química aumentando la velocidad de la reacción, sin modificar la Ke (constante de equilibrio), dotadas de una gran especificidad respecto a su sustrato, que actúan sin degradarse ni producir subproductos y que son eficaces a concentraciones muy pequeñas comparadas con las de los reaccionantes.

Composición Algunas enzimas están compuestas sólo por polipéptidos, otros requieren un componente no proteico llamado Cofactor, que puede ser de natural eza:

se llama simplemente Coenzima; muchas vitaminas desempeñan esta función.  Inorgánica

Iones metálicos como el Zn, Fe. También pueden unirse covalentemente llamándose Metaloenzimas, o no covalentemente y se l laman Activadores metálicos.

Isoenzima Diferentes formas estructurales de una enzima que catalizan una misma reacción. Se originan en diferentes tejidos y ti enen distinta secuencia de aminoácidos. Se diferencian por las distintas propiedades cinéticas (pH, Km, Vmáx ) y electroforéticas.

CINETICA ENZIMATICA (fig. 4)

Orgánica

En cuyo caso se denomina coenzima, que a su vez puede estar unido covalentemente a la enzima y se le denomina Grupo prostético. O puede estar unido no covalentemente la enzima y

Se encarga del estudio de la velocidad de una reacción enzimática y de los factores que la modifican; éstos son:  — La propia concentración de la enzima. 75

ENZIMAS. CINETICA Y PROPIEDADES

Y=

Pendiente =

1

Km Vmax

Vo

1 Vmax

1

X=

Km

1 (S)

Vmax

1,0

ORDEN 0 Vo ORDEN MIXTO 0,5

ORDEN 1

(S)

Fig. 4. Cinética enzimática.

  — La presencia de inhibidores, ya sean competiti vos o no competitivos.  — La concentración de sustrato.  — La temperatura y el pH óptimos de esa enzima. 76 

La relación que existe entre la velocidad de una reacción y la concentración de sustrato viene representada por una curva hiperbólica cuya expresión algebraica es la ecuación de Michaelis -M enten: Vo = Vmáx * (Sustr) / Km + (Sust).

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

En la que Vo es la velocidad i nicial de la reacción, Km es la concentración de sustrato con la que obtenemos la mitad de la velocidad máxima y Vmáx es la velocidad hacia la que se tiende cuando la concentración de sustrato es infinitamente elevada. En esta curva podemos distinguir tres tramos:

Tramo de Orden 1 Corresponde a la pri mera parte de la curva, a pequeñas concentraciones de sustrato, la velocidad de la reacción es directamente proporcional a la concentración de sustrato

Tramo de Orden Mixto Es el tramo siguiente, aquí la velocidad de la reacción depende de la concentración del complejo enzima-sustrato.

Tramo de Orden 0 A concentraciones altas de sustrato se obtiene un valor máximo de la velocidad que es constante e independiente de la concentración de sustrato, pues corresponde a la fase de saturación de la enzima. Transformación lineal de la ecuación de Michaelis-Menten, es la ecuación de Lineweaver-Bur, o ecuación de los dobles recíprocos: 1/ Vo = Km/Vmáx * 1/ (S) + 1/ Vmáx. Es la ecuación de una recta del tipo: y = ax + b, donde la pendiente de la recta, es decir : a = Km/Vmáx. b = 1/Vmáx. y el valor de x =1/ (S).

2 21

Señalar la opción correcta sobre los Isoenzimas: 1. 2. 3. 4. 5.

Son enzimas que catal izan exclusivamente reacciones irreversibles. Siempre tienen un ión metálico en su molécula. Son enzimas con propiedades diferentes que catalizan la misma reacción. Son enzimas iguales que catali zan distintas reacciones. Conjunto de enzimas con el ph isoeléctrico.

22

En una reacción enzimática, un inhibidor competitivo: 1. 2. 3. 4. 5.

Aumenta la Vmax. Disminuye la Vmax. Disminuye la Km. Aumenta la Km y disminuye la Vmax. Aumenta la Km.

23

¿Qué es falso sobre los inhibidores no competitivos?: 1. 2. 3. 4. 5.

No modifican la Km. Disminuyen la Vmax de la reacción. Se unen a la enzima en el mismo sitio al qu se une el sustrato. Su efecto no se aminora aumentando la concentraci ón de sustrato. Todas son falsas.

INHIBICION ENZIMATICA (fig. 5) Las enzimas tienen un sitio activo o catalítico, lugar donde se unen con el sustrato cuya reacción química van a catalizar. Las enzimas pueden ser inhibidas por unos compuestos llamados inhibidores que pueden ser de dos tipos:

Reversibles A su vez se subdividen en dos grupos:

24

Señalar la opción correcta acerca de los grupos prostéticos: 1. 2. 3. 4. 5.

Porción no proteica de una enzima de naturaleza inorgánica. Porción proteica de una proteína globular. Porción no proteica de una proteína conjugada. Sinónimo de Isoenzima. Sinónimo de Coenzima.

Competitivo

Compite con el sustrato por la unión en el sitio activo, no modifica la velocidad máxima de la reacción pero aumentan su Km. Su efecto puede aminorarse aumentando la cantidad de sustrato.  No Competitivo

Se une a la enzima en un sitio distinto al que se une el sustrato, al unirse a la enzima alt era su conformación e inactiva el sitio catalítico; a diferencia del anterior, éste no modifica la Km pero disminuye la velocidad máxima de la reacción.

25

¿Qué es falso sobre los enzimas?: 1. 2. 3. 4. 5.

La mayoría son proteínas globulares. Aumentan la velocidad de la reacción. No se degradan. Tienen especifi cidad respecto al sustrato. Modifican la Ke, constante de equilibrio de la reacción.

 .  5 :  5   2  ;  3 :  4   2  ;  3 :  3   2  ;  5 :  2   2  ;  3 :  1   2 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

77 

ENZIMAS. CINETICA Y PROPIEDADES

Vmax Sin Inh.

I. Comp. 0,5 Vmax

Km 0

(S)

INHIBIDOR COMPETITIVO

Vmax Sin Inh.

I. no comp. 0,5 Vmax

0

Km

(S)

INHIBIDOR NO COMPETITIVO Fig. 5. Inhibición enzimática.

Irreversibles La enzima y el inhibidor están unidos covalentemente o permanentemente; estas enzimas quedan inactivadas, de ahí

78

que a este tipo de inhibición se le llame algunas veces inactivación.

Capítulo VI

VITAMINAS Indice Conceptos generales

Clasificación  

Dr. MARTA MATEO MORALES

CONCEPTOS GENERALES

CLASIFICACION

Las vitaminas son micronutrientes, es decir, sustancias que se necesitan en la dieta humana en cantidades de miligramos o microgramos por día. Este término sirve para diferenciarlos de los macronutrientes, como los carbohidratos, las proteínas y las grasas, que se necesitan en cantidades de centenares o al menos docenas de gramos al día. En la actualidad se conocen 13 vitaminas diferentes, que se necesitan en la dieta humana y de muchas especies de animales para un desarrollo normal. Las vitaminas se dividen en dos clases: hidrosolubles y liposolubles. Las vitaminas hidrosolubles incluyen a la tiamina, la riboflavina, el ácido nicotínico, el ácido pantoténico, la piridoxina, la biotina, el ácido fóli co, la vitamina B12 y el ácido ascórbico. Se conoce la función de coenzima de casi todas ellas. Se entiende por coenzima toda sustancia orgánica que forma parte del componente no proteico de una enzima. Las vitaminas liposolubles son las vitaminas: A, D, K y E. Son sustancias aceitosas que no se disuelven bien en agua y cuyas funciones no están bien comprendidas. Además de estas vitaminas bien establecidas, existen otras sustancias que se necesitan por unas pocas especies pero que no se consideran generalmente como vitaminas. Se hallan entre ellas la carnitina, el inositol y el ácido lipoico

Vitamina B1 o Tiamina Función: decarboxilación de cetoácidos, ej. piruvato deshidrogenasa. Patogenia: incapacidad para oxidar el piruvato en el cerebro. Su déficit produce el beriberi: que afecta al SNC con un síndrome de Wernicke-Korsakoff y polineuropatía.

Vitamina B2 o Riboflavina Interviene en reacciones de oxidación reducción, en forma de FAD o FMN. Suele disminuir en embarazadas y durante períodos de crecimiento. Su déficit cursa con edema e hiperemia de mucosa faríngea y oral, dermatitis seborreica y anemia normocítica y normocrómica.

Acido nicotínico o Niacina Interviene en reacciones de oxidación reducción como NAD o NADP. Su déficit produce pelagra, que cursa con diarrea, demencia, dermatitis y en último extremo muerte. Es una enfermedad muy frecuente en países que sólo toman maíz.

Acido Pantoténico Es el coenzima A. Transporta grupos acilos mediante enlaces tioéster. 79

VITAMINAS

Vitamina B6 o piridoxina Interviene en la transferencia de grupos amino, papel importante en el metabolismo de los aminoácidos (recordar las transaminasas), el fosfato de piridoxal actúa como transportador transitorio intermedio del grupo amino.

Biotina Interviene en reacciones de carboxilación, como en el paso catalizado por la piruvato carboxilasa. La avidina, sustancia presente en la clara de huevo, puede ligar biotina e impedir su absorción.

Acido Fólico y vitamina B12  Acido Fólico

Interviene en la síntesis de novo de los folatos. Su forma coenzimática es el tetrahidrofolato, al cual llegamos tras el paso de dihidrofolato a tetrahidrofolato, que es catalizado por la dihidrofolato reductasa. Esta enzima es inhibida por el metotrexate, que de esta forma impide la síntesis de DNA.

26

¿Qué proteína interviene en procesos de Carboxilación, como el catalizado por l a Piruvato Carboxilasa?: 1. 2. 3. 4. 5.

Biotina. Vitamina K. Vitamina B12. Acido Fólico. Vi tami na A.

27

¿Cuál de las siguientes vitaminas no es hidrosoluble?: 1. 2. 3. 4. 5.

Riboflavina. La vitamina que carboxila al ácido glutámico. Piridoxina. Tiamina. Acido Fólico.

Vitamina B12

Interviene en la síntesis de purinas, en el paso de dUMP a dTMP. Su forma activa es la metilcobalamina, que como su nombre indica es necesaria para transferir grupos metilo. Se necesita en la vía de síntesis de novo de folatos. El déficit de cualquiera de ellas produce: anemia megaloblástica, alteraciones digestivas como queilosis, glositis y diarrea. Las alteraciones digestivas son más graves en el déficit de ácido fólico. La disminución de vitamina B 12 produce además alteraciones neurológicas, como degeneración medular de cordones posteriores y laterales.

Vitamina C Interviene en reacciones de oxidación reducción. Hidroxila la prolina, que pasa a hidroxiprolina: proteína que se encuentra sobre todo en el colágeno. Su déficit produce Escorbuto: caracterizado por rotura de capilares, caída del pelo, equimosis, hematomas, insuficiente cicatrización de las heridas y alteraciones óseas.

Vitamina E Actúa como antioxidante, evita l a oxidación de los lípidos de membrana y otras estructuras.

Vitamina K Carboxila el ácido glutámico y el grupo carboxilo que incorpora se encarga de fijar calcio, de ahí su importancia en procesos como la coagulación.

Vitamina A Interviene en funciones como la visión, el crecimiento o la reproducción. Su déficit produce: xerolftalmía, xerostomía, degeneración retiniana, e hiperqueratosis y sequedad de piel.

80

28

El enzima Piruvato Deshidrogenasa tiene como Coenzima: 1. 2. 3. 4. 5.

Riboflavina. Niacina. Tiamina. Ac. Pantoténico. Biotina.

29

El M etotrexate, inhibe la síntesis de DNA, al i nhibir la enzima: 1. 2. 3. 4. 5.

Piruvato Cobalaminasa. Lactato Deshidrogenasa. Dihidrofolato Kinasa. Piruvato Carboxilasa. Dihidrofolato Reductasa.

30

En la enfermedad de las tres D, se sabe a un déficit de la enzima: 1 2 3 4. 5.

Coenzima A. Piri doxina, pues no se transfieren los grupos amino. Niacina. Ac. Fólico. Vit. A.

 .  3 :  0   3  ;  5 :  9   2  ;  3 :  8   2  ;  2 :  7   2  ;  1 :  6   2 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

Capítulo VII

METABOLISMO DE GLUCOSA Y GLUCOGENO Indice Glucólisis. esquema y características  Destinos metabólicos del piruvato 

Ciclo de Cory  Glucogenogénesis 

Gluconeogénesis 

Dra. MARTA MATEO MORALES

GLUCOLISIS: ESQUEMA Y CARACTERISTICAS Proceso mediante el cual la molécula de glucosa se degrada enzimáticamente a través de una secuencia de 10 reacciones para dar lugar a 2 moléculas de piruvato, que poseen cada una 3 átomos de carbono. Durante la glucólisis gran parte de la energía libre de la glucosa se conserva en forma de ATP. La glucólisis es anaerobia, en ella no se consume oxígeno. Se realiza, bien cuando escasea el oxígeno, como en el ejercicio intenso; o bien como paso intermedio para entrar después en el ciclo de Krebs desde el Piruvato (tabla II). Localización: Intracelular, el citosol. Las Fases 1, 2, 3 son preparatorias, reúnen todos los azúcares sencillos y los convierten en moléculas de Gliceraldehído. Constituyen la primera parte.

Glucoquinasa y Hexoquinasa

Son dos enzimas capaces de fosforilar la glucosa a 6P Glucosa. Glucoquinasa

Sólo actúa cuando la concentración en sangre de glucosa es bastante elevada, es exclusiva del hígado, es específica de la D Glucosa, no se inhibe por el 6P de glucosa y posee una Km para la glucosa mayor que el de la Hexoquinasa.  Hexoquinasa

Está en numerosos tejidos, no es específica para la glucosa, es inhibida por el 6p de glucosa y tiene una Km menor que el de la Glucoquinasa.  Fosfofructoquinasa

Reacciones Irreversibles De las 10 reacciones descritas en la tabla II, 3 son irreversibles y corresponden a las reacciones catalizadas por las siguientes enzimas:

Segundo punto de control de la Glucólisis, es una enzima reguladora que se acelera cuando disminuye el ATP o cuando existen en exceso AMP o ADP, se inhibe con el citrato o los ácidos grasos. 81

METABOLISMO DE GLUCOSA Y GLUCOGENO

TABLA II Reacciones de la Glucólisis

I. D. Glucosa ATP ADP

Glucoquinasa Hexoquinasa

Irreversible

II. 6P de Glucosa Fosfoglucoisomerasa III. 6P de D Fructosa ATP ADP IV. 1.6 Difosfato de D Fructosa

Fosfofructoquinasa

Irreversible

Aldolasa V. 2 x 3. Fosfato de Gliceraldehído NAD+ NADH+ Deshidrogenasa VI. 2 x 1,3 Difosfoglicerato. ADP ATP Fosfoglicerato quinasa VII. 2 x 3 Fosfoglicerato Mutasa VIII. 2 x 2 Fosfoglicerato Enolasa IX. 2 x Fosfoenolpiruvato ADP ATP Piruvato quinasa X. 2 x Piruvato.

 Piruvato Quinasa

Es inhibida por el ATP, Acetil CoA, ácidos grasos de cadena larga y la Piruvato Deshidrogenasa para evitar que se sobrecargue el ciclo de Krebs.

Reacciones de Fosforilación a Nivel de Sustrato Están implicadas las reacciones: 5 (oxidación de Gliceraldehído a 1,3 Difosfoglicerato. Y la 6, en la cual se recoge la energía de activación en forma de ATP. Con la reacción número 5 se inicia la segunda parte de la glucólisis, que termina con la formación de dos moléculas de Piruvato.

Balance de ATP En la primera parte se consumen 2 ATP. En la segunda parte se producen 4 ATP: 2 ATP en la reac82

Irreversible

ción 6 y 2 ATP en la reacción 9.

Balance de NADH+

Se producen 2 moléculas en la reacción 5. Balance Global de la Glucólisis Glucosa + 2pi + 2 ADP + 2 NAD+ — — - 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H + 2 H 2O.

DESTINOS METABOLICOS DEL PIRUVATO Fermentación a Acido Láctico En el músculo esquelético, que se contrae vigorosamente, llega un momento en que el piruvato formado a partir de la glucosa no puede oxidarse más por falta de oxígeno. En estas condiciones el Piruvato formado en la glucólisis se reduce a Lactato. Este proceso es la llamada glucólisis anaerobia y

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

constituye una importante fuente de ATP cuando se registra una actividad física i ntensa. En el proceso se producen 2 moléculas de ATP por cada glucosa que se degrada. La ecuación sería: Glucosa + pi + 2 ADP — — — 2 Lactato + 2 ATP + 2 H2O

Entrada en el ciclo del Acido Cítrico El Piruvato formado en la Glucólisis se oxida, a continuación pierde su grupo carboxilo en forma de C0 2 y origina el grupo acetilo del Acetil-CoA, que entra en el ciclo de Krebs: 2 Piruvato + O2 — — — — — 2 Acetil-CoA + 2 CO2

Proceso catalizado por la Piruvato Deshidrogenasa.

Fermentación Alcohólica

2 31

¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el metabolismo de los carbohidratos es correcta?: 1. 2. 3. 4. 5. 32

Respecto a la Glucokinasa, ¿qué es cierto?:

En esta tercera vía el piruvato conduce a etanol, es característico de algunos microorganismos como las levaduras.

1. 2.

GLUCONEOGENESIS

3. 4. 5.

Formación de carbohidratos a partir de precursores distintos a los carbohidratos.  — Localización: parte en la mitocondria, parte en el citosol.   — Organos principales donde se produce: Hígado 90%; Riñón el 10%.

Sustratos  En hígado

Lactato, piruvato, glicerol, alanina y la mayoría de los precursores del ciclo de Krebs. Corteza renal 

Lactato, piruvato, glicerol y glutamina. Aunque la mayoría de los precursores del ciclo de Krebs sirven como sustrato para la gluconeogénesis, conviene destacar que no puede sintetizarse Glucosa a partir de Acetil CoA. ya que el paso regulado por la Piruvato Deshidrogenasa es irreversible. La reacción es: Piruvato — — — - Acetil-CoA. Existe un importante paralelismo entre la Glucólisis y la Gluconeogénesis, de hecho siete reacciones enzimáticas de la Glucólisis intervienen también en la Gluconeogénesis, pues son reversibles con facilidad. Pero tres de las etapas de la Glucólisis son esencialmente irreversibles (como se vio en el apartado anterior) y deben ser sustituidas por un conjunto alternati vo de reacciones cuyas enzimas son (fig. 6):

Enzimas propias de la gluconeogénesis

La degradación glucolít ica de la glucosa a piruvato es un proceso aerobio. El producto final de la glucogenolisis en el músculo es la glucosa libre. El principal sustrat o para la gluconeogénesis en los tejidos animales es el Acetil-CoA. El lactato formado en la glucolisis se utiliza como sustrato en la síntesis de glucosa. Todas las afirmaciones anteriores son correctas.

Se encuentra en numerosos tejidos. Cataliza una de las reacciones reversibles de la glucólisi s, el paso de D. Glucosa a 6PD. Fructosa. Es inhibida por al Glucosa 6 Fosfato. Es específica de la D. Glucosa. Es una enzima mitocondrial.

33

¿Cúal de l as siguient es enzimas cataliza una reacción reversible?: 1. 2. 3. 4. 5.

Glucokinasa. Fosfofructokinasa. Fosfogliceratokinasa. Piruvatokinasa. Hexokinasa.

34

El Piruvato obtenido en la glucolisis puede seguir los siguientes destinos, excepto: 1. 2. 3. 4. 5.

Fermentar a etanol mediante levaduras. Incorporarse al ciclo de Krebs, oxidándose y decarboxilándose para dar AcetilCoA, reacción mediada por la Piruvato Carboxilasa. Pasar a Lactato, produciendo 2 moléwculas de ATP. Incorporarse a la gluconeogénesis, tanto en hígado como en corteza suprarrenal. Incorporarse al ciclo de Krebs, oxidándose y descarboxilándose para dar AcetilCoA, reacción mediada por la Piruvato Deshidrogenasa.

35

En la Gluconeogénesis es ciert o: 1. 2. 3. 4. 5.

El órgano donde ti ene lugar fundamentalmente es el músculo. Es un proceso exclusivamente mitocondrial. El principal sustrato es el Aceti lCoA. El coenzima de la Piruvato Carboxilasa es la Biotina. La Fructosa 1,6 Bifosfatasa regula el paso de Piruvato a Oxalacetato.

 Piruvato Carboxilasa

Regula el paso de Piruvato a Oxalacetato. Esta reaccion tiene lugar en la mit ocondria.

 .  4 :  5   3  ;  2 :  4   3  ;  3  3   3  ;  4 :  2   3  ;  4 :  1   3 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

83

METABOLISMO DE GLUCOSA Y GLUCOGENO

CICLO DE CORY HIGADO

SANGRE

Glucosa

Glucosa

MUSCULO Glucosa Glucosa GP

Gluconeogénesis

Glucógeno

Glucólisis Piruvato

Piruvato

Lactato

Lactato

Lactato

GLUCONEOGENESIS 1

2. Piruvato

2

2. Fosfoenolpiruvato

3

2.2 Fosfoglicerato

4

2.3 Fosfoglicerato

5

Fosfoenol piruvato Piruvato carboxilasa 2.2 fosfoglicerato

Enolasa

2.3 Fosfoglicerato

Mutasa

Fosfoglicerato quinasa

2.1.3.Difosfoglicerato

2.1.3. Difosfoglicerato

2.3 Fosfato de gliceraldehído Deshidrogenasa

6

2.3 Fosfato de gliceraldehído

7

1.6 Difosfato de D. fructosa

8

6 P de D. fructosa

9

6 P de glucosa

1.6 Difosfato de D. fructosa

Aldolasa

Fructosa 1.6 bifosfatasa

Fosfoglucoisomerasa

Glucosa 6 fosfatasa

6 P de D. fructosa

6 P de glucosa

D. glucosa

Fig. 6. Ciclo de Cory y gluconeogénesis.

El Oxalacetato formado sale al citosol y por acción de la Fosfoenolpiruvato Carboxiquinasa se transforma en Fosfoenolpiruvato. Requiere: ATP, GTP y el coenzima Biotina. El Aceti l CoA es su modulador positivo. Piruvato — - Oxalacetato — - Fosfoenolpiruvato Piruv. Carboxilasa. Fosfpir. Carbox.Quinasa

84

De este modo se supera el primer paso irreversible de la Glucólisis, donde es catalizado por la Piruvato Quinasa, que controla el paso de Fosfoenolpiruvato a Piruvato.  Fructosa 1,6 Bifosfatasa

Regula la segunda reacción irreversible permite el paso de: - 1,6 Fructosa Bifosfato a — — — - Fructosa 6 Fosfato.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

Este paso se corresponde con el paso catalizado por la Fosfofructoquinasa en la Glucólisis. El Citrato es su modulador positivo, el AMP y la Fructosa 2,6 Bifosfato son los moduladores negativos.

2 36

Respecto al glucógeno del músculo, qué es cierto: 1. 2.

Glucosa 6 Fosfatasa

Esta enzima se encuentra principalmente en el hígado y en menor proporción en el riñón. Es importante señalar que está ausente en tejidos como el músculo o los eritrocitos, pues la ausencia de esta enzima hace que el producto final de la Glucogenólisis en estos tejidos sea Glucosa 6 Fosfato y no Glucosa libre. La reacción es la siguiente: Glucosa 6 Fosfato — — — — - Glucosa

Sus moduladores son los mismos de la enzima anterior . En la glucólisis la reacción en sentido contrario es catalizada por l as enzimas: Glucoquinasa y Hexoquinasa.

Balance Energético 2 Piruvatos + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H 2O Glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ .

CICLO DE CORY (fig. 6) Este ciclo consiste en un reciclaje continuo de carbonos de glucosa entre el músculo (y otros órganos formadores de lactato) y el hígado. El Lactato, formado en el músculo en condiciones anaeróbicas, pasa a la sangre, de aquí al hígado, donde pasa a piruvato y éste a través de la gluconeogénesis pasa a glucosa. Ya hemos comentado antes que el músculo no forma glucosa desde glucógeno por carecer de la enzima Fosfatasa de la Glucosa (tabla II)I (fig. 6).

3. 4. 5.

Es una fuente inmediata de glucosa para la sangre. Se sintetiza en el propio tejido a partir de lactato y otros sustratos glucogenéticos. No puede transformarse en glucosa libre por falta de Glucosa 6 fosfatasa en este tejido. Todo lo anterior es falso. Todo lo anterior es verdadero.

37

¿Cuál de los siguientes compuestos es un buen sustrato para la gluconeogénesis en el hígado humano?: 1. 2. 3. 4. 5.

Lact at o. Acidos grasos libres. Acetoacetato. Betahidroxibutirato. Acet il coa.

38

En la síntesis del glucógeno el donador de las unidades de glucosa al glucógeno cebador es: 1. 2. 3. 4. 5.

Glucosa-1-P. Glucosa-6-P. Maltosa-1-P. GMP-glucosa. UDP-glucosa.

39

¿Qué es falso sobre la Gluconeogénesis?: 1. 2. 3. 4. 5.

Su actividad aumenta en situaciones como el ayuno o la diabetes. Es inhibida por la Insulina. Es activada por el glucagón y las catecolaminas. No es funcionante en la etapa fetal. Tiene lugar unicamente en el hígado.

GLUCOGENOGENESIS 40

Reacciones:  — Glucosa — — — Glucosa 6 Fosfato. Enzima: Hexoquinasa o Glucoquinasa.  — Glucosa 6 Fosfato — — — Glucosa 1 Fosfato. Enzima: Fosfoglucomutasa.  — Glucosa 1 Fosfato + UTP — — — UDP Glucosa + PPi. Enzima: Transferasa Uridil 1 Fosfato.   — La Sintet asa del Glucógeno une residuos y crea enlaces 1,4.  — La Transferasa del Glucógeno crea enlaces 1,6.

La intolerancia a la fructosa produce hipoglucemia uando se ingiere fructosa, porque: 1. 2. 3. 4. 5.

Se inhibe la gluconeogénesisa nivel de la Fructosa 1-6 bifosfato aldolasa. Se inhibe la Glucosa 6 fosfatasa. Se inhibe la síntesis de glucógeno. La fructosa no llega a fosforilarse. Disminuye la disponibilidad de sustratos gluconeogenéticos.

 .  1 :  0   4  ;  5 :  9   3  ;  5 :  8   3  ;  1 :  7   3  ;  3 :  6   3 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

85

METABOLISMO DE GLUCOSA Y GLUCOGENO

TABLA III Gluconeogénesis

— Se produce glucosa desde: Lactato. Piruvato. Aminoácidos. Glicerina. Intermediarios ciclo Krebs. — No se produce glucosa desde: Acetil-CoA→etapa irreversible, paso previo al ciclo de Krebs: Piruvato → Acetil CoA. Enz.= piruv. deshidrog. No confundir: — Piruvato quinasa: Enzim. de la glucólisis. Reacc.: Fosfenolpiruv→Piruvato. — Piruvato carboxilasa: Enz. de la gluconeogénesis. Reacc. Piruvato → Oxalacetato. — Piruvato deshidrogenasa: Etapa previa al ciclo de Krebs. Reacc: Piruvato→ - Acetil CoA. Enzimas limitantes: Glucólisis: Fosfofructoquinasa. C. Krebs: Citrato sintetasa. Oxidación ac. grasos: Carnitin aciltransferasa I. Biosíntesis colesterol: Hidroximetilglutaril CoA reductasa. Ciclo de la urea: carbamil fosfato sintetasa.

86 

Capítulo VIII

CICLO DE KREBS . VIA DE LAS PENT OSAS FOSFATO . CADENA RESPIRATORIA Indice CIiclo del ácido cítrico  Vía de las pentosas fosfato 

Cadena de transporte electrónico 

Dra. MARTA MATEO MORALES

CICLO DEL ACIDO CITRICO (fig. 7) Mecanismo metabólico cíclico en virtud del cual se logra la oxidación completa de la función acetilo del Acetil-Coa que rinde CO2 y átomos de hidrógeno ricos en energía que pasarán a la cadena respiratoria, y se unirán con el O 2 formando H2O y liberando ATP en este transporte electrónico. En el capítulo correspondiente a catabolismo de carbohidratos hemos estudiado la descarboxilación oxidativa del Piruvato, que consiste en la formación de Acetil-CoA desde el piruvato formado principalmente en la degradación de carbohidratos y a partir de ciertos aminoácidos. Esta descarboxilación del Piruvato constituye un eslabón entre la glicólisis y el ciclo de Krebs sin formar parte de ninguno de ellos. Aunque sí supone un elemento de control en el ciclo por ser la vía de abastecimiento de Acetil-CoA del mismo. El ATP, el NADH, los ácidos grasos de cadena larga y el Acetil-CoA inhiben esta reacción y el calcio l a estimula.

El ciclo del ácido cítrico se lleva a cabo en la mitocondria, donde las enzimas se encuentran de forma ordenada y próximas a las de la cadena respiratoria, lo que favorece el acoplamiento entre el ciclo y la cadena. Algunas enzimas son extramitocondriales: aconitasa, fumarasa y malato deshidrogenasa. Objetivos:  — Producir CO2.  — Producir NADH y FADH2 (coenzimas reducidas) que pasarán a la cadena respiratoria.  — Producir precursores para biosíntesis metabólica. El ciclo del ácido cítrico es un sistema enzimático circular, a diferencia de la glucólisis, que se produce mediante una secuencia lineal de etapas catalizadas por enzimas. En cada vuelta del ciclo, una molécula de Acetil-CoA cede su grupo acetilo al Oxalacetato, compuesto de 4 carbonos, para formar el Citrato de 6 carbonos. El Citrato se transforma a 87 

CICLO DE KREBS. VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. CADENA RESPIRATORIA

Piruvato E. Piruvato Deshidrogenasa CO2

Acetil CoA E. ditrato suitetasa Oxalacetato

E. ditrato suitetasa

Citrato

E. Aconitasa E. L. Malato deshidrogenasa

Isocitrato Malato

E. Fumarasa E. Isoatrato Deshidrogenasa Fumarato

α-oxoglutarato E. Succinato Deshidrogenasa

E. α cetoglutarato Deshidrogenasa

Succinato

Succinil-CoA E. Succinil CoA Sintetasa

Fig. 7. Ciclo de Krebs.

continuación en Isocitrato, que es también una molécula de 6 carbonos, la cual se deshidrogena con pérdida de CO 2 y se transforma en α-Oxoglutarato, compuesto de 5 carbonos. Este último pierde, a continuación, CO2 y rinde después Succinato, con 4 carbonos, que después de tres reacciones, en las que pasa primero a Fumarato y después a L-Malato, pasa a Oxalacetato, con el que comenzó el ciclo. La reacción gl obal quedaría como sigue: Acetil-CoA + 3NAD + FAD + GDP + Pi + H2O — — -> HSCoA + 3NADH + FADH2 + GTP + CO2.

Del ciclo se obtienen 3 moléculas de NADH, cada una de las cuales formará 3 ATP al entrar en la cadena respiratoria. 88

Del mismo modo se obtiene una molécula de FADH 2, que por fosforilación oxidativa producirá 2 ATP. Por último se produce una molécula de GTP, que rinde 1 ATP. El bal ance total es: 3 * 3ATP + 1 * 2ATP + 1ATP = 12 ATP. A continuación se detallan los pasos en los que se producen las moléculas de NADH, FADH2 y GTP:  — Reacciones en que se producen NADH : Las mediadas por las enzimas: Piruvato Deshidrogenasa, Isocitrato Deshidrogenasa, α-Cetoglutarato Deshidrogenasa y M alato Deshidrogenasa.  — Reacción en que se produce FADH2: Mediada por la enzima Succinato Deshidrogenasa.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

 — Reacción en la que se que produce GTP: Mediada por la enzima Sintetasa del Succinil CoA.  — Enzimas que necesitan H 2O: Citrato Sintetasa e Hidratasa del Fumarato.

Regulación del Ciclo de Krebs Como antes hemos señalado, la Piruvato Deshidrogenasa cataliza una etapa previa del ciclo de Krebs, que permite su regulación, por su localización al inicio del mismo; no obstante, la enzima limitante es la citrato sintetasa, pues la piruvato deshidrogenasa no es una enzima del ciclo, sino que cataliza una reacción previa al mismo.

VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO La reacción global es: 6P Glucosa + 2 NADP + H 2O — -> 5P D-Ribosa + CO2 + 2 NADPH +2H. Conduce a dos productos en los tejidos animales: el NADPH y el 5P de Ribosa. El NADPH es un transportador de energía química en forma de capacidad de reducción. Con él impedimos que los ácidos grasos no saturados de la membrana celular experimenten reacciones anormales con el oxígeno y sufran peroxidaciones haciendo anormal la membrana del hematíe y favoreciendo su destrucción. El déficit de cualquiera de las enzimas de la vía (siendo más frecuente el déficit de Glucosa 6P Deshidrogenasa, que se hereda ligado al cromosoma X) produce alteraciones en los hematíes dando lugar a crisis hemolíticas que pueden desencadenarse como consecuencia de: infecciones, fármacos (antipalúdicos, primaquina, sulfamidas, analgésicos), alimentos como las habas (fabismo). La 5 P de Ribosa se utiliza en la síntesis de ácidos nucleicos. Es una vía muy activa en algunos tejidos como el hígado, donde la NADPH es necesaria para la síntesis de ácidos grasos y de las lipoproteínas VLDL y el tejido adiposo.

CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO Constituye la fase final de la degradación por oxidación de los carbohidratos, grasa y proteínas, en la cual los electrones son transportados hasta el oxígeno molecular, al que se unen para formar agua, liberándose energía que se conserva en forma de ATP. Está formada por una serie de proteínas que llevan asociados grupos capaces de transportar electrones (fig. 8).

1.ª Etapa La deshidrogenasa del NADH, acepta electrones desde el NADH procedente del ciclo de Krebs; en este paso se forma una molécula de ATP.

2 41

La enzima limitante del ciclo de Krebs es: 1. 2. 3. 4. 5.

SuccinilCoA sintetasa. Piruvato Deshidrogenasa. Citrato Sintetasa. Fumarasa. Isocitrato Deshidrogenasa.

42

¿En qué etapa del ciclo de Krebs se produce NADH?: 1. 2. 3. 4. 5.

Etapa mediada por la Piruvato Deshidrogenasa. Etapa mediada por Isocitrat o Deshidrogenasa. Etapa mediada por alfa cetoglut arato deshidrogenasa. Etapa mediada por Malato Deshidrogenasa. En todas las anteriores.

43

Vía delas Pentosas Fosfato. ¿Qué es falso?: 1. 2. 3. 4. 5.

El déficit de Glucosa 6P, se hereda de forma recesiva, por delección del brazo corto del cromosoma 7. El NADPH es un transportador de energía en forma de potencial reductor. Su función es la síntesi s de NADPH y Ribosa 5P. Las sulfamidas pueden desencadenar crisis hemolíti cas en personas con défici t de Glucosa 6P deshidrogenasa. El NADPH impide la peroxidación de los ácidos grasos de la membrana eritrocit aria.

44

De las siguientes enzimas, una no interviene en el ciclo de Krebs: 1. 2. 3. 4. 5.

Isocitrato Deshidrogenasa. Alf acetoglut arato deshidrogenasa. Malato Deshidrogenasa. Aconitasa. Piruvato Fumarasa.

45

En la cadena de Transporte electrónico, en qué orden se produce la cesión de electrones: 1 2 3. 4. 5.

Ubiquinona, cit. A, cit. B, cit. oxidasa. ubiquinona, cit. B, cit. C1, cit. C, citocromo oxidasa. Cit. B, cit. C1, cit. C. Cit . A1, cit. B, cit. B1, cit. C. Cit ocromo oxidasa, cit. C, cit. C1, cit. B, ubiquinona.

 .  2 :  5   4  ;  5 :  4   4  ;  1 :  3   4  ;  5 :  2   4  ;  3 :  1   4 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

89

CICLO DE KREBS. VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. CADENA RESPIRATORIA

2.ª Etapa NADH

ADP+Pi 2e-

NADH Deshidrogenasa ATP 2eUbiquinona

3.ª Etapa

2eADP+Pi

Citrocromo b 2eCitocromo C1

ATP

2eCitocromo C ADP+Pi

2eCitocromo oxidasa 2e-

2H++1/2O2

La ubiquinona capta los electrones procedentes de la NADH Deshidrogenasa y es capaz de aceptar también los electrones procedentes de la FADH2. A continuación, esos electrones pasan al Citocromo B y de ést e al Citocromo C1. Formándose de esta secuencia otra molécula de ATP. Recordemos que el FADH2 entraría directamente desde la Ubiquinona.

Los electrones del Citocromo C1 pasan al Citocromo C y de aquí a la Citocromo Oxidasa, que reacciona directamente con el oxígeno y se obtiene una molécula de H2O y otra de ATP. Cada NADH ri nde 3 moléculas de ATP. Cada FADH rinde 2 moléculas de ATP. Las reacciones de transferencia de electrones son reacciones de óxido reducción, quien cede los electrones es el reductor y quien los acepta es el oxidante; cada par conjugado rédox posee un potencial de reducción y por convenio cuando la tendencia es a perder electrones, se dan valores de potencial de acción cada vez más negativos; así pues los elementos de la cadena de transporte respiratorio se disponen en orden creciente de su potencial rédox.

ATP H2O Fig. 8. Cadena respiratoria.

 90

Capítulo IX

METABOLISMO DEL COLESTEROL. HORMON AS ESTEROIDEAS . SINTESIS Y BETAOXIDACION DE ACIDOS GRASOS . CET OGENESIS Indice Síntesis del colesterol  Compuestos derivados del colesterol  Síntesis de ácidos grasos 

Betaoxidación de ácidos grasos  Cetogénesis 

Dra. MARTA MATEO MORALES

SINTESIS DEL COLESTEROL (tabla IV) Existen tres etapas principales: — 1.a Etapa: Paso de AcetilCoA a Mevalonato. — 2.a Etapa: Paso de M evalonato a Escualeno. — 3.a Etapa: Paso de Epóxido de Escualeno a Lanosterol.

1.ª Etapa En una primera fase, tres moléculas de AcetilCoA se unen para formar 3hidroximetilglutarilCoA, mediante la enzima Hidroximetil-glutarilCoA-sintetasa (HMGCoA). Compuesto de 6 átomes de carbono, que se reduce a Mevalonato por la enzima Hidroximetilglutaril CoA reductasa. Consumiendose 2 moléculas de NADPH.  91

METABOLISMO DEL COLESTEROL

COMPUESTOS DERIVADOS DEL COLESTEROL TABLA IV Síntesis del colesterol

1.ª Etapa Acetil - CoA HMG - CoA ↓ HMG CoA reductasa 2.ª Etapa Mevalonato 3.ª Etapa Escualeno Lanosterol Colesterol

Esta fase constituye la etapa limitante de la síntesis de colesterol y es una etapa irreversible.

2.ª Etapa M evalonato (6 carb) + 3 ATP — — > Isopentenil PPi (5 carb) + Pi + 3 ADP + CO2. Dos moléculas de Isopentenil (5 carb) se unen para formar una molécula de Geranil pirofosfato (10 carb). Geranil PPi + Isopentenil PPi — — -> Farnesil (15 carb). Dos moléculas de Farnesil PPI forman el Escualeno (30 carb).

3.ª Etapa Escualeno — -> Epoxiescualeno — -> Lanosterol — -> Colesterol .

Acidos biliares Se sintetizan en el hígado a partir del colesterol mediante una secuencia de cinco reacciones: Tres reacciones de hidroxilación, en distintas posiciones de la molécula de colesterol, a saber: posición 7, posición 12 y posición 3. Una reacción de cambio de un grupo hidroxilo por un grupo cetona. Una última reacción de acortamiento de la cadena lateral de colesterol, pues este último posee 27 carbonos y los ácidos biliares sólo poseen 24.  Acidos biliares primarios

Son el ácido cólico y el quenodesoxicólico, se conjugan con taurina y glicina para formar los ácidos biliares conjugados o sales biliares: glicocólico y taurocólico.  Acidos biliares secundarios

Desoxicolato y litocolato, se forman en el intestino como consecuencia del metabolismo bacteriano sobre los ácidos biliares primarios, al producirse la desconjugación de los mismos.  Funciones de los ácidos biliares

Facilitan la excreción biliar de colesterol y gracias a su propiedad de formar micelas solubilizadoras producen la emulsión y de los lípidos facilitando tanto su digestión como su absorción intestinal. La cantidad total de ácidos grasos es de 2 a 4 gramos aproximadamente, esta cantidad sufre uno o varios ciclos enterohepáticos según la cantidad y la composición de los alimentos ingeridos. La absorción intestinal de ácidos biliares tiene una eficacia del 95%, así la pérdida fecal es muy pequeña y se compensa fácilmente por una síntesis equivalente de ácidos biliares por parte del hígado.

Factores reguladores

Hormonas esteroideas

Los principales reguladores de la vía actúan sobre la enzima HidroximetilglutarilCoAreductasa, enzima que existe en dos formas distintas: Fosforilada o Inactiva y Defosforilada o Activa. El paso de una forma a otra está regulado por una fosfatasa en el caso de la forma activa y una quinasa en el caso de la forma inactiva. El paso de una forma a otra depende de la concentración de colesterol que existe en el medio. Estimuladores de la síntesis de colesterol: Tiroxina, Insulina. Inhibidores de la síntesis de colesterol: Altas concentraciones de colesterol en el medio, igual si existen altas concentraciones de mevalonato. El colesterol aportado con la dieta, niveles elevados de otros esteroides en los tejidos, la unión a ciertas lipoproteínas plasmáticas transportadoras de colesterol y ciertos fármacos como la Lovastatina.

Corticosteroides

 92

Hormonas sintetizadas por la corteza suprarrenal que se clasifican en dos grupos: Glucocorticoides

Se sintetizan en la zona fasciculada de la corteza suprarrenal, afectan f undamentalmente al metabolismo de los carbohidratos y grasas.  Mineralocorticoides

Se sintetizan en la zona glomerular de la corteza suprarrenal. Intervienen en el balance de los electróli tos y el agua.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2

 Hormonas sexuales  Andrógenos

Se sintetizan en las células de Leydig del testículo, en las células de la teca ovárica y en la suprarrenal, son responsables del desarrollo de los órganos sexuales y de los órganos sexuales secundarios.  Estrógenos

Se sintetizan en las células de la granulosa del ovario, corteza suprarrenal y unidad fetoplacentaria, de ellos depende la aparición de los órganos sexuales femeninos. Progestágenos

46

El colesterol es el precursor de los siguientes compuestos, excepto: 1. 2. 3. 4. 5.

Cortisol. Acido quenodesoxicóli co. Aldosterona. Estradiol. Glucagón.

47

Señale la respuesta correcta, en lo referente a la biosíntesis del colesterol: 1. 2. 3.

La enzima Citratoaconitasa es la enzima limitante del ciclo. El M evalonato, se une con el ácido acético para formar Isopentenil. Dos moléculas de Farsenil se unen para formar el Geranil Fosfato. Geranil e Isopentenil forman el Farnesil, compuesto de 15 átomos de carbono. La tiroxina y la insulina inhiben la síntesis de colesterol.

Se producen en cuerpo lúteo del ovario, en suprarrenal y en placenta: preparan al útero para la recepción y el desarrollo del óvulo fecundado, gracias a la transformación del endometrio proliferati vo a endometrio secretor.

48

Vitamina D

Síntesis de Acidos Grasos, señale la opción falsa:

Interviene en el metabolismo del calcio, es necesaria para una correcta mineralización del hueso.

SINTESIS DE ACIDOS GRASOS (tabla V) Localización en el citosol, a diferencia de la beta oxidación, que es intramitocondrial. Fases:  — Transporte del AcetilCoA fuera de la M itocondria.  — Síntesis del MalonilCoA.  — Síntesis propiamente dicha.

4. 5.

1. 2. 3. 4. 5.

49

Señalar l a afirmación correcta sobre la Beta Oxidación de los áci dos grasos: 1. 2.

Transporte citosólico del AcetilCoA

3.

Para poder abandonar la mitocondria el AcetilCoA se une a una molécula de oxalacetato, formándose citrato, en una reacción catalizada por la enzima citrato sintetasa, una vez formado el citrato pasa al citosol utilizando el sistema de transporte de la lanzadera del citrato, aquí mediante la liasa del citrato obtenemos de nuevo AcetilCoA y oxalacetato.

4.

Síntesis de MalonilCoA El M alonilCoA se obtiene de la siguiente reacción: Aceti lCoA + ATP + H2O + CO2 — — -> Malonil CoA + ADP + Pi.

Está catalizada por la Carboxilasa del AcetilCoA, cuyo grupo prostético es la Biotina o vit amina B1, encargada de la transferencia de grupos COO-. Constituye la etapa limitante de la síntesis de ácidos grasos; esta enzima es inhibida por el palmitoilCoA, producto de la síntesis de ácidos grasos y es estimulada por el citrato.

Es un proceso citosólico. El paso de AcetilCoA a Citrato lo catali za la Citrato Liasa. La síntesis de MalonilCoA, se inhibe por el PalmitoilCoA y se estimula por el citrato. La enzima Carboxilasa del AcetilCoA interviene en el proceso. La síntesis propiamente dicha de los ácidos grasos consta de 6 reacciones catalizadas por el complejo de la Sintetasa de los ácidos grasos.

5.

La enzima Sintetasa del Acil CoA es de locali zación citosólica. La enzima Carnitínacilt ransferasa I se locali za en la superfi cie interna de la membrana mitocondrial interna. La Carnitínacilt ransferasa II int erviene en la transferencia del resto acilo desde la carnitina al HSCoA mitocondrial. Puede tener lugar tanto en la itocondria como en el citosol, sólo depende su localización de la cantidad de Acetil CoA existente. El Malonil CoA es el principal activador de la enzima Carnitínaciltransferasa I.

50

Señalar la afirmación incorrecta, sobre la Cetogénesis: 1. 2. 3. 4. 5.

Los cuerpos cetónicos son acetoacetato, acetona e hidroxibutirato. El exceso de Glucagón favorece la Beta oxidación de los ac. grasosal aumentar el contenido de M alonil CoA. El défi cit de Insulina favorece la lipolisis y aumenta la concentración plasmática de ac. grasos en plasma. En el ayuno, el de´fici t de oxalacetato deriva el acetilCoA a la formación de cuerpos cetónicos. El acetoacetat o se reduce a betahidroxi butirato por la deshidrogenasa del buti rato.

 .  2 :  0   5  ;  3 :  9   4  ;  2 :  8   4  ;  4 :  7   4  ;  5 :  6   4 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

 93

METABOLISMO DEL COLESTEROL

TABLA V Síntesis de ácidos grasos

Oxidación del piruvato

↓

E: piruvato deshidrogenasa

Acetil CoA + Oxalacetato

Citrato sintetasa

→

Lanzadera

→ Citrato ↓

Citrato

↑ Oxalacetato

Oxalacetato

↑

↓ ← Malato

Malato Liasa del citrato Citrato

→

• Citosol Oxalacetato + Acetil CoA + ATP + H2O + C O2

↓

E= Carboxilasa del Acetil CoA

Malonil CoA + ADP + Pi

↓ Síntesis propiamente dicha

Síntesis propiamente dicha Consta de seis reacciones catalizadas por el complejo de la sintetasa de los ácidos grasos. Este complejo posee dos grupos sulfhidrilo (SH) a los cuales se unen los grupos acilo que se transfieren. En una primera reacción, se transfiere un grupo acetilo al primer grupo sulfhidrilo; este acetilo procede del AcetilCo (1 carb.). En una segunda reaccion se transfiere un grupo Malonil (2 carb.) al segundo grupo sulfhidrilo. El paso siguiente consiste en una condensación del grupo acetilo y malonilo, f ormándose acetoacetilo y li berándose una molécula de CO2 que es es el dióxido de carbono, que se introdujo inicialmente en el M alonilCoA por la reacción de la carboxilasa del AcetilCoA (explicada anteriormente). De este modo hemos producido una unidad de dos carbonos que van constituyendo la cadena del ácido graso, pues la reacción se repite varias veces. Finalmente se producen una serie de reacciones de: Condensación, Reducción con NADPH y Deshidratación, cuyo producto final es el ácido graso, que una vez sintetizado se suelta del complejo de la sintetasa, se elonga y se satura (Ejemplo : Síntesis del Acido Palmítico: 8 Aceti lCoA + 7ATP + 14 NADPH — — > Palmit ato (16 carbonos))

 94

BETAOXIDACION DE ACIDOS GRASOS (tabla VI)

Los triglicéridos poseen el contenido energético más elevado, entre los principios nutritivos principales, el 95 % de su energía reside, en sus tres componentes ácidos grasos de cadena larga., mientras que la glicerina sólo contribuye con un 5% . En este capítulo se examinan las rutas metabólicas y el rendimiento energético de las mismas, que se obtiene a través de la β oxidación. Se localiza: en la matriz mitocondrial. Este proceso tiene lugar en dos fases:  — Transporte del ácido graso al interior mitocondrial.  — Beta Oxidación propiamente dicha.

Transporte del ácido graso al interior mitocondrial Se produce a través de tres pasos catalizados por tres enzimas cuya localización es la siguiente:  — Sintetasa del AcilCoA - M embrana mitocondrial externa.  — Carnitinaciltransferasa I - Superficie Externa de la Mb. mitocondrial interna.  — Carnitinaciltransferasa II - Superficie Interna de la Mb. mitocondrial interna.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2

 Primer paso

Activación del ácido graso con HSCoA. Reacción: Acido Graso + ATP + CoA-SH — — > Acilograso-CoA + + AM P + PPi. Enzima: Sint etasa del Acil CoA.

51

En la biosíntesis de ácidos grasos, qué es verdadero: 1. 2.

Segundo paso

Transferencia del resto acilo del AcilCoA a la carnitina. Reacción: Carniti na + Acilo graso-CoA — — > Acilograsocarnitina + CoASH. Enzima: Carnitinaciltransferasa I.

3. 4. 5.

La membrana mitocondrial es impermeable al AcetilcoA. Se transporta acetilcoA desde la mitocondria en forma de acetil carnitina. El acetilcoA se obtiene a partir de acetato mediante una tioquinasa. Actúa una citrato liasa sobre el citrato citoplasmático dando acetilcoA. Todas las afirmaciones anteriores son correctas.

Tercer paso

Transferencia del resto acilo desde la carnitina al HSCoA mitocondrial. Reacción: Acil ograso-carnitina + CoASH — — > Acilograso + carnitina. Enzima: Carnitinaciltransferasa II.

Beta Oxidación de los ácidos grasos Proceso cíclico con un número de vuelt as igual a (C/ 2) - 1. Siendo C el número de átomos de carbono del ácido graso. Cada vuelta consta a su vez de cuatro pasos:

52

En la biosíntesis de ácido palmítico se da la secuencia: 1. 2. 3. 4. 5.

Malonilcoa-acetilcoa-palmitilACP. Acetilcoa-succinilcoa-palmitilcoa. Acetilcoa-malonilcoa-palmitilACP. Malonilcoa-succinilcoa-palmitilcoa. Succinilcoa-acetilcoa-palmitil coaACP.

53

La enzima que se encarga de esterificar el colesterol en el plasma es:

 Primer paso

Reacción de Oxidación. Se obtiene una molécula de FADH 2 que posteriormente pasa a la cadena respiratoria rindiendo 2 ATP.

1. 2. 3. 4. 5.

Colesterol esterasa neutra. Proteína transferidora de ésteres de colesterol. Lecitina colesterol aciltransferasa. Acilcolesterolaciltransferasa. Lipoisomerasa endotelial.

Segundo paso

54

Es otra reacción de Oxidación. Se obtiene una molécula de NADH que rinde 3 ATP en la cadena respiratoria.

Señalar la opción correcta sobre los cuerpos cetónicos:

Tercer paso

Reacción de hidratación. Cuarto paso

Reacción de Tióli sis con participación de un grupo CoASH. En cada vuelta lo que obtenemos es una molécula de AcetilCoA y un AcilCoA con 2 át omos de carbono menos. Cada molécula de Acetil CoA pasa al ciclo de Krebs y de aquí a la cadena respiratoria, donde rendirá 12 moléculas de ATP. Pues como sabemos, nuestro organismo no puede sint etizar glucosa a partir de AcetilCoA. Se obtienen tantas moléculas de AcetilCoA como el número de carbonos que posee el ácido graso dividido por 2. Todo el proceso anteriormente descrito corresponde a la Beta oxidación de un ácido graso saturado y con un número par de carbonos. Si se trata de un ácido graso insaturado, además de las enzimas anteriormente descritas se necesita la colaboración de una Isomerasa y de una Epimerasa. Si se trata de un ácido graso con un número impar de carbonos, en la última tiólisis obtendremos una molécula de PropionilCoA que sufrirá una carboxilación transformándose en un este-

1. 2. 3. 4. 5.

Durante el ayuno prolongado el cerebro puete util izar cuerpos cetónicos. El acetoacetato puede ser utili zado por el músculo cardíaco a mayor velocidad incluso que la glucosa. Se sintetizan en las mitocondrias de los hepatocitos. El acetoacetato se descarboxila espontáneamente en sangre para dar acetona. Todas son correctas.

55

Respecto a la absorción intestinal de las grasas: 1. 2. 3. 4. 5.

La absorción de la vitamina A se favorece por la hidrólisis de los ésteres de retinol por l a li pasa pancreática. La lipasa y colipasa pancreáticas se segregan al i ntestino en forma de precursores no activos. La capa de agua inmóvil que recubre las vellosidades intestinales actúa como una barrera que dificulta la absorción de los triacilgliceroles. La absorción de los ácidos grasos de cadena larga se hace mediante difusión f acilit ada con gasto energético. Ninguna afirmación es correcta.

 .  3 :  5   5  ;  5 :  4   5  ;  3 :  3   5  ;  3 :  2   5  ;  5 :  1   5 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

 95

METABOLISMO DEL COLESTEROL

TABLA VII β oxidación de ácidos grasos -

Acil carnitina Carnitina

Carnitina

+ Acilo graso

Citosol

Zona intermembrana

+ Acilo Graso ↓ Beta oxidación Matriz mitocondrial

↑

E= Carnitin aciltransf I

reoisómero del MetilmalonilCoA por intervención de la enzima Carboxilasa del PropionilCoA cuyo cofactor es la vitamina B1. Reacción: PropionilCoA + ATP + CO2 — — > D-M etilmalonilCoA + AM P + PPi. Este producto experimenta una reordenación molecular transformándose en SuccinilCoA, en una reacción catalizada por la enzima: Mutasa del MetilmalonilCoA. El Succinil CoA es un intermediario del ciclo de Krebs y conduce en último término a Oxalacetato.

Regulación de la beta oxidación de ácidos grasos La etapa li mitante es la correspondiente a la enzima carnitinaciltransferasa I, que permite el paso del Aceti lCoA al interior de la mitocondria. Su principal inhibidor es el M alonilCoA.

CETOGENESIS Proceso que tiene lugar en el parénquima hepático cuyo sustrato es el AcetilCoA resultante de la oxidación de los ácidos grasos. Este AcetilCoA puede seguir dos vías principales:  — Incorporación al Ciclo del Acido cítrico.  — Síntesis de cuerpos cetónicos. La incorporación a una u otra vía viene determinada por la concentración de Oxalacetato, que al unirse con el acetilCoA produce citrato, que es uno de los intermediarios del ciclo de Krebs. En el caso de que exista un déficit de Oxalacetato, como sucede en el ayuno o en las dietas pobres en hidratos de carbono, el AcetilCoA se deriva a la formación de cuerpos cetónicos.

Síntesis de cuerpos cetónicos Son tres. Acetoacetato, Beta Hidroxibutirat o y Acetona.  96 

→

Acido Graso + CoA ↓ E= Sintetasa del Acil CoA Acilo Graso

Acil carnitina

↓

E= Carnitin aciltransfer II

El proceso se produce en dos etapas en el caso del Acetoacetato, los otros dos derivan de este último. 1. a Etapa

Condensación enzimática de dos moléculas de AcetilCoA. Enzima: Tiolasa. Reacción: AcetilCoA + AcetilCoA — -> Acetoaceti l-S-CoA + CoA-SH.

 2. a Etapa

El AcetoacetilCoA experimenta la pérdida del CoA, quedando Acetoacetato, que es el primer cuerpo cetónico. El Acetoacetato se reduce reversiblemente por la Deshidrogenasa del Butirato produciendo Beta Hidroxibutirato en la siguiente Reacción: Acetoacetato + NA DH+ H+ — — > B.Hidroxibutirat o + NAD+.

Este es el segundo cuerpo cetónico. El acetoacetato es también precursor de la acetona al perder un grupo Carboxilo de su molécula bien espontáneamente o bien por acción de la Descarboxilasa del Acetoacetato. Reacción: Acetoacetato + H+ — — > Acetona + CO2.

La síntesis de cuerpos Cetónicos se encuentra aumentada en determinados estados metabólicos, como el ayuno, y es un cuadro típico de la Diabetes Mell itus . Esto se debe a que por un lado el déficit de Insulina favorece la lipólisis, con lo que aumenta la concentración plasmática de Acidos Grasos, y por otro lado el exceso de Glucagón favorece la Beta Oxidación de los ácidos grasos, pues actúa disminuyendo el contenido de MalonilCoA (principal inhibidor de la Oxidación de los ácidos grasos), con lo que eliminado éste último la Beta Oxidación se ve favorecida y el Acetil CoA resultante se deriva hacia la síntesis de cuerpos cetónicos, pues la diabetes es un estado de déficit de carbohidratos a nivel celular.

Capítulo X

DEGRADACION OXIDATIVA DE LOS AMINOACIDOS Indice Digestión proteica

Desaminación oxidativa de los aminoacidos  

Dra. MARTA MATEO MORALES

DIGESTION PROTEICA Las proteínas de la dieta son digeridas por las enzimas proteolíticas, que comprenden: las endopeptidasas y las exopeptidasas. Endopeptidasas: tripsina y quimiotripsina, actúan sobre los enlaces peptídicos internos de las proteínas y polipéptidos. Exopeptidasas: carboxipeptidasas y aminopeptidasas, actúan sobre el extremo terminal li bre, bien carboxilo o amino. Las enzimas proteolíticas se excretan en forma de precursores inactivos o cimógenos, éstos son activados por la tripsina que a su vez es activada por la enteroquinasa (secretada por la mucosa duodenal), que rompe el enlace lisina-isoleucina del tripsinógeno para formar tripsina.

DESAMINACION OXIDATIVA DE LOS AMINOACIDOS (fig. 9) Cada aminoácido va a ser descompuesto en dos part es:

El grupo amino, que en forma de ion amonio será transformado por el hígado en urea. Y el grupo carbonado o cetoácido, que se trata del aminoácido sin el grupo amonio y que se va a transformar en glucosa o en Acetil-Coa. Las rutas de degradación son las siguientes:

Ruta del Nitrógeno Consta de cuatro fases:  Recogida de grupos amino

Consiste en la recogida de los grupos amino en forma de un aminoácido único, el glutamato, por Transaminación. Es llevada a cabo por las transaminasas, enzimas que tienen como grupo prostético al Fosfato de Piridoxal, derivado de la vitamina B6, y como aceptor al Cetoglutarato: Cetoglutarato + NH3 — -> Glutamato.  97 

DEGRADACION OXIDATIVA DE LOS AMINOACIDOS

Vía de la Alanina

Aminoácido

Cetoglutarato

Cetoácido

Glutamato Transaminasas

Glutamato + NAD + H2O

Glutamato deshidrogenasa

Cetoglutarato + NH4 Ciclo de la urea

Fig. 9. Desaminación oxidativa.

Ejemplos de las transaminasas más importantes, se nombran por el dador del grupo amino. GPT o ALT 

Alanina + Cetoglutarato — — -> Piruvato + Glutamato. GOT o AST  Aspartat o + Cetoglutarato — -> Oxalacetat o + Glutamato.

 Desaminación Oxidativa

Consiste en la liberación del grupo amino transferido al Glutamato. Se produce gracias a una reacción mitocondrial catalizada por la Deshidrogenasa del glutamato: Glutamato + NAD + H 2O — — -> Cetoglutarato + NH4+ + NADH.

Esta enzima se acti va por el ADP y se inactiva por el GTP. Transporte del Grupo Amino

EL ion Amonio: N H4+, procedente de l a desaminación oxidativa del Glutamato, es muy tóxico, sobre todo para el cerebro, es necesario por tanto su rápida eliminación, que tiene lugar en el hígado, donde llega a través de dos vías:  98

Es la vía utilizada por el amoniaco que procede de la degradación de las proteínas musculares. Se transporta al hígado como Alanina a través del ciclo de la Glucosa-Alanina. M úsculo: Glutamato + Piruvato — — -> Alanina + Cetoglutarato (Enzima: Alanín Sint etasa). La Alanina pasa a sangre y de aquí llega al hígado, donde: Alanina + Cetoglutarato — — -> Glutamato + Piruvato (Enzima: Alanín Transaminasa). El Glutamato por Desaminación Oxidativa libera el NH4, que pasará al ciclo de la Urea. El Piruvato puede incorporarse a la Gluconeogénesis, suministrando Glucosa de procedencia hepática, que es la otra función de este ciclo. Vía de la Glutamina

Es la forma de transporte de amoniaco desde la mayoría de los tejidos periféricos hacia el hígado. Tej. Perif: Glutamato + NH4 + ATP — — -> Glutamina (Enzima: Glutamina Sintetasa). La Glutamina pasa a la sangre y de aquí llega al hígado, donde: Glutamina — — -> Glutamato + NH3 (Enzima: Glutaminasa). El NH3, pasa al ciclo de la Urea. Ciclo de la Urea (fig. 10)

Tiene lugar en el hígado, las enzimas son citosólicas, excepto la Transcarbamilasa de Ornitina y la Deshidrogenasa del Glutamato, que son enzimas mitocondriales. El ciclo tiene lugar a partir de l a entrada de dos grupos amino: El primer grupo amino procede de la desaminación oxidativa del glutamato. Este amino se une al Fosfato de Carnitina y a la ornitina y forman la Citrulina (enzima: Transcarbamilasa de la ornitina) que abandona la mitocondria. El segundo grupo amino lo aporta el Aspartato. La Citrulina se une al Aspartato para formar Arginosuccinato; éste se escinde en Fumarato y Arginina. La Arginina, por hidrólisis, li bera urea y Ornitina. La Urea es un producto soluble y no es tóxica, en su formación se consumen 4 moléculas de ATP.

Ruta del Carbono (fig. 10) Los esqueletos hidrocarbonados de los 20 aminoácidos diferentes se canalizan hacia siete moléculas:  — Piruvato: Cisteína, alanina y serina.  — AcetoacetilCoA: Triptófano, fenilalanina, tirosina, leucina y lisina (estos dos últ imos son cetogénicos puros).  — AcetilCoa: cetogénicos puros, y los que se canalizan a Piruvato.  — Oxalacetato: asparragina y aspartato.  — Cetoglutarato: prolina, histidina, glutamina, arginina.  — SuccinilCoA: Isoleucina, valina y metionina.  — Fumarato: succinato.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2 56

Notas 

¿Cuál de los siguientes aminoácidos no interviene en el ciclo de la urea?: 1. 2. 3. 4. 5.

Argi ni na. Ci trul ina. Arginosuccinato. Lisina. Fumarato.

57

¿Cuál es el aceptor de los grupos amino en l as reacciones de transaminación?: 1. 2. 3. 4. 5.

Glutamato. Cetoglutarato. Hidroxibutirato. Piruvato. Oxalacetato.

58

Señalar la opción correcta en lo que respect al ciclo de la urea: 1. 2. 3. 4. 5.

Todas las enzimas son citosólicas. La deshidrogenasa del glutamato es la enzima limitante. La citruli na se une al aspartato para formar fumarato. La arginina por hidrólisis libera urea y ornitina. Todas son correct as.

59

Se catalizan a Oxalacetato los esqueletos hidrocarbonados de los siguientes aminoácidos: 1. 2. 3. 4. 5.

Asparraginasa y aspartato. Prolina e histidina. Cisteína, alanina y serina. Triptófano y fenilalanina. Succinato.

60

El 5hidroxiindol3acetato se forma en el catabolismo del aminoácido: 1. 2. 3. 4. 5.

Alanina. Triptófano. Valina. Aspártico. Fenilalanina.

 .  2 :  0   6   ;  1 :  9   5  ;  4 :  8   5  ;  2 :  7   5  ;  4 :  6   5 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

 99

DEGRADACION OXIDATIVA DE LOS AMINOACIDOS

Glutamato

E= Glutamato deshidrogenasa

NH4+NADH+α cetoglutarato

Glutamato+NAD +

+

Fosfato de carbamoilo

H2O

Urea

Ornitina

Ornitina

Citrulina

Arginina Ciclo de la urea

Mitocondria

Citrulina

Arginosuccinato

Aspartato + Cetoglutarato

Glutamato+Oxalacetato

Fig. 10. Ciclo de la urea.

101

Fumarato

Capítulo XI

REPLICACION , TRANSCRIPCION Y TRADUCCION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS Indice Introducción 

Transcripción 

Replicación 

Traducción 

INTRODUCCION

se halla asociado a proteínas básicas llamadas histonas. En eucariotas se encuentra el DNA mitocondrial, que codifica tan sólo el 5% de las proteínas mitocondriales. El ácido nucleico más abundante es el rRNA.

La replicación, transcripción y traducción de los ácidos nucleicos constituyen el dogma central de la biología molecular, cuyo punto de partida es el DNA. El DNA se estructura en un modelo de doble hélice con dos cadenas antiparalelas (una en dirección 3’— 5’y otra en 5’— 3’) y complementarias, en la que fosfatos y ribosas, hidrofílicos, quedan al exterior y las bases hidrofóbicas se internalizan, apareándose las dos cadenas mediante puentes de hidrógeno (2 entre A y T, 3 entre G y C) que  junto con las interacciones hidrofóbicas (éstas de manera más importante) mantienen la estructura del DNA. En procariotas el DNA es una molécula muy grande, a menudo circular, que se halla superenrollada sobre sí misma. En eucariotas es lineal y

REPLICACION En ella el DNA se separa en cada una de sus hebras, que se duplican formando dos moléculas de DNA dúplex, cada una de las cuales conserva una hebra del DNA paterno (la replicación es semiconservadora). Las DNA polimerasas se encargan de l a síntesis de la cadena de 5’ a 3’ añadiendo deoxirribonucleótidos nuevos al fosfato restante del extremo 3’ libre de la cadena. Necesita una hebra patrón (el DNA que se replica) y una 101

REPLICACION. TRANSCRIPCION Y TRADUCCION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

hebra cebadora (a quien añadir nuevos restos), que es un segmento de RNA sintetizado por la RNA primasa en dirección 5’— 3’complementario del DNA patrón. L a replicación es bidireccional. Una de las hebras hija (3’— 5’) replica sin dif icultad, pero la otra horquilla que avanza en dirección 5’— 3’ se denomina retardada, pues aquí el DNA se replica a trozos discontinuos llamados fragmentos de Okazaki. Cuando la DNA polimerasa de un fragmento de Okazaki llega al nivel del cebador de otro fragmento su actividad exonucleasa 5’— 3’deshace el RNA del cebador poniendo en su lugar DNA. La DNA ligasa une los fragmentos de Okazaki (presentes en eucariotas y procariotas). Las helicasas desenrollan segmentos de DNA justo por delante de la horquilla de replicación con consumo de ATP. Otras proteínas se unen al DNA impidiendo que se enrolle de nuevo. La topoisomerasa (en procariotas se llama DNA girasa) produce rupturas transitorias del DNA que impiden el giro del cromosoma cuando la helicasa desenrolla la hélice. La DNA polimerasa de procariotas lee y l ocaliza fallos en l a replicación que elimina gracias a la actividad exonucleásica 3’— 5’ (hidroliza enlaces fosfodiéster en los extremos).

TRANSCRIPCION Proceso por el que el DNA se copia en RNA gracias a la RNA polimerasa que lee el DNA en dirección 3’— 5’ sintetizando el RNA en dirección 5’— 3’y que no necesita hebra cebadora pero sí Mg y Zn como la DNA polimerasa. La RNA polimerasa se une al promotor, un centro de iniciación en el DNA cuyo primer residuo está trifosforilado, leyendo la cadena hasta la secuencia de terminación. En procariotas el mRNA no sufre transformación, pero en eucariotas se sintetizan los RNA nucleares heterogéneos, de los cuales se escinden posteriormente los intrones o secuencias intercaladas, no traducidas, saliendo el mRNA al citoplasma. Los mRNA nucleares pequeños ayudan a liberar los intrones. La transcriptasa inversa es una DNA polimerasa RNA dirigida presente en los retrovirus.

TRADUCCION Definiciones La traducción de los ácidos nucleicos es la conversión de la secuencia polinucleotídica de un gen en secuencia aminoacídica de una proteína, previa copia del DNA en RNA mediante la transcripción. Un cistrón es la unidad más pequeña del material genético capaz de producir una cadena polipeptídica. Un codon es un triplete de nucleótidos (bases) en una molécula de DNA o RNAm que codifica un aminoácido específico. Anticodon es el triplete de nucleótidos (bases) en el RNAt que es complementario del codon en el RNAm que especifica el aminoácido. Codon y anticodon se unen siempre de modo complementario y antiparalelo. 102

Características del código genético que permite la traducción Universal: Es igual en todas las especies salvo excepciones.   — Degenerado: La mayoría de los aminoácidos son codificados por más de un codon (salvo Metionina y Triptófano, que sólo tienen uno). Estos codones se suelen diferenciar en la tercera base. Esta característica es lógica si tenemos en cuenta que con 4 bases hay 64 codones posibles y los aminoácidos de las proteínas son 20. UAG, UAA y UGA son los codones sin sentido o de t erminación.  — No es ambiguo: un codon codifica un solo aminoácido.  — No hay solapamiento ni comas.

Hipótesis del balanceo de Crick La tercera base de la mayoría de los codones se aparea de modo muy impreciso con la base correspondiente de sus anticodones, es una base que se balancea, y que determina cuántos codones de un aminoácido dado pueden ser reconocidos. Esto es debido a la presencia de inosina (I) en la primera posición de un anticodon, ya que puede formar enlaces de hidrógeno muy débiles con adenosina, citidina y uridina.

Etapas En procariotas es un proceso citosólico.  Activación de los aminoácidos

El RNAt es una molécula de RNA monohebra en forma de cruz que en su extremo 3’ lleva la secuencia -C-C-A, donde se une el aminoácido activado. En otra zona está el anticodon. Las aminoacil-tRNA sintetasas unen los aminoácidos correctos a sus tRNA. Cada enzima es específica para cada pareja tRNAaminoácido, y consume ATP, liberándose AM P y un pirofosfat o.  Formación de un complejo de iniciación

Las cadenas polipeptídicas se inician por su extremo aminoterminal. En las células procariotas el aminoácido iniciador es la N-formilmeti onina, en las eucariotas la meti onina. En ambos casos el codon iniciador es 5’AUG3’ (en procariotas a veces GUG). Los ribosomas están formados por rRNA y proteínas. En procariotas (70S) tienen 2 subunidades de 50 y 30S. En eucariotas (80S) tienen 2 subunidades de 60 y 40S. En una primera etapa la subunidad menor enlaza con el factor de iniciación 3 (IF3), que impide que ambas subunidades se recombinen, y con el mRNA por una señal de iniciación en su extremo 5’. A lo anterior se unen el IF2, IF1, el formilmetionil-tRNA y GTP que se hidroliza a GDP, liberándose los factores de iniciación y constituyéndose el complejo de iniciación, formado por las dos subunidades ribosomales, el mRNA, el tRNA para la formilmeti onina unido al triplete AUG del mRNA. Los ribosomas tienen dos centros para unir los aminoacil-tR-

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

NA, el centro A o aminoacil, y el centro P o peptidil. Salvo el formilmetionil-tRNA iniciador, los aminoacil-tRNA se unen al centro A. En el centro P se une el peptidil-tRNA en crecimiento.  Prolongación de la cadena polipeptídica

Se trata de un proceso repetitivo que requiere GTP, el complejo de iniciación y tres factores de elongación (EF) que son proteínas citosólicas. Los aminoacil-tRNA entran al centro A. Se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos ocupantes de los centros A y P catalizado por la peptidiltransferasa, quedando el peptidil-tRNA en el centro A. Transposición o traslocación

A continuación el mRNA recorre un espacio, trasladándose el peptidil-tRNA al centro P y liberándose un tRNA, consumiéndose GTP. Terminación

Tiene lugar cuando aparece un codon sin sentido (UAG, UAA, UGA) que no codifica ningún aminoácido. Entonces tres proteínas o factores de liberación (RF) terminan el proceso y las subunidades del ribosoma quedan separadas.

Balance energético El proceso de síntesis consume energía:  — 2 enlaces fosfato de alta energía (procedentes del ATP) en la activación del aminoácido.  — Un GTP en la prolongación y otro en la transposición.

Polirribosoma o polisoma Se trata de una única molécula de mRNA que es leída por varios ribosomas a la vez dirección 5’-3’.

Regulación de la síntesis proteica  Inhibidores de interés biomédico

 — Cicloheximida: Inhibe la actividad de la peptidil transferasa de la subunidad 60S de eucariotas.  — Eritromicina: Inhibe en procariotas la translocación al unirse a la subunidad 50S.  — Tetraciclina: Se une a la subunidad 30S impidiendo la fijación del aminoacil-tRNA en procariotas.   — Estreptomicina: En procariotas inhibe la iniciación y determina una lectura errónea del mRNA.  — Cloramfenicol: Inhibe en procariotas la actividad de la peptidiltransferasa de la subunidad 50S.   — Puromicina: Análogo del aminoacil-tRNA engaña a la peptidiltransferasa tanto en eucariotas como en procariotas.

2 61

Los fragmentos de Okazaki: 1 2 3 4 5

Son trozos de DNA que se sintetiza en dirección 3'---5'. Son RNA necesario para iniciar la sintesis de DNA. Se unen por la DNA ligasa. Sólo están presentes en procariotas. Se escinden por la RNA primasa.

62

En la transcripción: 1. 2. 3. 4. 5.

Se necesita una hebra cebadora, así como Mn y Zn. El promotor del RNA tiene trifosforilado su primer residuo. Los exones de los RNA nucleares heterogéneos darán lugar al mRNA. Los intrones de procariotas se escinden y no serán traducidos por tanto. Inversa se realiza gracias a enzimas presentes en los adenovirus.

63

Con respecto a la traducción: 1. 2. 3. 4. 5.

Los codones con inosina en la primera posición codifican tres aminoácidos. El formilmetionil tRNA iniciador se une al centro A del ribosoma. Codón y anti codon se unen de modo complementario y paralelo. UAA, UAG y UGA son los tres codones sin sentido o de terminación. Son necesarios varios cistrones para producir una cadena polipeptídica.

64

El codon de iniciación es: 1. 2. 3. 4. 5.

UGA. AUA. UAG. CUG. AUG.

65

En la regulación de la sintesis proteica: 1. El inductor se une al promotor permitiendo la síntesis de enzimas inducibles. 2. Cicloheximida y puromicina interfieren sólo con la peptidiltransferasa de procariotas. 3. El control en procariotas se efectúa fundamentalmente sobre la traducción. 4. La tetracicli na impide la fijación del aminoacil-tRNA al unirse a la subunidad 30S en procariotas. 5. El gen regulador codifi ca el inductor que permite la síntesis de enzimas inducibles.

 Mecanismos de regulación

En procariotas se ejerce fundamentalmente a través de la

  4 :  5   6  ;  5 :  4   6  ;  4 :  3   6  ;  3 :  2   6  ;  3 :  1   6 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

103

REPLICACION. TRANSCRIPCION Y TRADUCCION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS

transcripción y algo sobre la traducción. En eucariotas fundamentalmente sobre la traducción. Las bacterias poseen enzimas constitutivas (presentes siempre en una cantidad (p. ej. glucolíticos) y enzimas inducibles, que pueden aumentar su concentración. Jacob y Monod formularon la hipótesis del operón para explicar la regulación de la sintesis de enzimas inducibles. El primer operón descrito fue el de la lactosa en E. coli para explicar la activación de la síntesis

de enzimas que permiten utilizar la lactosa como fuente energética cuando es abundante. El gen regulador codifica el represor, que en condiciones normales se une al operador impidiendo que la RNApolimerasa se una al promotor. Pero cuando la lactosa (el inductor) abunda, se une al represor inactivándolo y desplazándolo (por su mayor afinidad) de su unión con el operador, permitiendo la síntesis de enzimas inducibles.

(DNA) gen regulador— promotor— operador— genes estructurales

104

Capítulo XII

BIOFISICA DE LAS RADIACIONES Indice Concepto y parámetros 

Conceptos importantes 

Enfoque biomédico 

Aplicaciones 

CONCEPTO Y PARAMETROS

La vida media de un elemento es el ti empo en que la actividad se reduce a la mitad. Es inversamente proporcional a la constante radiactiva según:

La emisión de partículas α (núcleos de helio), β-(electrones) y β+ (positrones) por los núcleos inestables y de fotones ( γ ) y neutrones (η) por los estables activados se llama radiactividad.

λ=

ni * v, n

donde : λ= constante radiactiva.; n i= configuraciones inestables de un núcleo; n= configuraciones posibles de un núcleo; v= número de cambios por unidad de tiempo. Actividad es el número de desintegraciones por segundo. La unidad es el Bequerelio. A= λ* N (n.° de núcleos); 1Bequerelio (Bq)= 1 dps; 1Curio (Ci)= 3,7 x 1010 Bq. Un curio es la actividad de un gramo de radio. La actividad disminuye con el ti empo según la ecuación A= A0 X e-λt

0,693 T1/2 =

λ

; donde T1/2: vida media.

ENFOQUE BIOMEDICO Desde el punto de vista biomédico la distinción más importante es entre radiación ionizante y no ionizante. Un tipo de radiación es ionizante si su energía es suficiente para liberar directa o indirectamente electrones de un átomo o molécula produciendo iones. Ejemplos: Radiaciones no ionizantes: radiación electromagnética de longitud de onda menor de 130 nm. Radiaciones ionizantes directamente: α,β-.Radiaciones ionizantes indirectamente: γ, η. 105

BIOFISICA DE LAS RADIACIONES

CONCEPTOS IMPORTANTES

queñas dosis, para grandes dosis se usa la dosis total en grays.

 Dosis

Cantidad de energía absorbida de la radiación por unidad de masa. La unidad en el sistema internacional es el Gray. 1Gy=1Julio/Kg.; 1rad= 0,01Gy. Lo que importa en biología es la tasa de dosis o tasa de exposición, es decir, la dosis o exposición por unidad de tiempo.  Let

Transferencia lineal de energía. Mide la energía liberada por una partícula (cargada o ionizante) por unidad de longitud de camino recorrido por dicha partícula, es decir, su capacidad de penetración.  Alto let ( α,β )

Escaso poder de penetración, no pasan de l a piel pero depositan una gran dosis en ella.  Bajo let (fotones)

Más penetrantes, irradian los tejidos profundos, aunque comunicándoles menores y más uniformes dosis, irradiando apenas la piel. Por el contrario, en caso de irradiación interna (ingestión o inhalación de isótopos radiactivos) las partículas de alto let son mucho más nocivas puesto que originan grandes dosis a pulmones e intestino, mientras que las de bajo let llegan a emerger del cuerpo con casi toda su energía.  Factor de calidad q 

Q Indica la nocividad media de cada radiación. Q= 1 para fotones y β, Q= 10 para neutrones y protones., Q= 20 para α y nucleones de retroceso.  Equivalente de dosis o dosis biológica

Dosis x Q; la unidad es el Sievert (Sv). Sólo sirve para pe-

106 

 Radiosensibilidad 

Aumenta con la cantidad de DNA y disminuye con la dotación enzimática, ya que a mayor dotación enzimática mejor podrá reparar las lesiones. Toxicidad 

Para el hombre a largo plazo comprende la formación de cataratas, leucemia, tumores pulmonares, óseos y de tiroides, así como esterilidad y malformaciones congénitas. Se desconoce si existe un umbral de dosis para estos efectos y si el riesgo se relaciona linealmente con la dosis.

APLICACIONES Radiodiagnóstico Rayos x en TAC, radiograf ías; los rayos X son radi aciones ionizantes producidas al incidir haces de electrones a gran velocidad sobre un blanco de TUNGSTENO. Se pueden detectar mediante placas fotográficas o pantallas fluorescentes, ocupan el espectro de ondas electromagnéticas entre 3x10 17 y 5x1019 HZ, radiaciones γ , de bajo let para el estudio isotópico de corazón, tiroides o riñones mediante cámaras de Anger.

Radioterapia en tratamiento de tumores

 — Externa: Rx de baja energía o electrones en tumor superficial. Rx o γ  (gamma) de gran energía en tumor profundo.  — Interna: La radiación no penetrante (β,α) es la ideal.

Radioinmunoensayo Util para determinar la concentración en suero de hormonas peptídicas, esteroideas y fármacos, añadiendo al suero cantidades conocidas de la sustancia problema marcadas con un átomo radiacti vo y anticuerpos específicos de dicha sustancia.

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2 66

Notas 

¿Cuáles son radiaciones ionizantes?: 1. 2. 3. 4. 5.

Rayos X. Partículas beta. Partículas gamma. Psartículas alfa. Todas las anteriores.

67

¿Cuál es l a unidad de acti vidad que equivale a una desintegración por segundo?: 1. 2. 3. 4. 5.

Gray. Roentgen. Bequerelio. Curio. Sievert.

68

La radiación gamma está constituida por: 1. 2. 3. 4. 5.

Electrones. Fotones. Núcleos de helio. Positrones. Neutrones.

69

Con respecto a los efectos biológicos de la radiación: 1. 2. 3. 4. 5.

La radiosensibilidad es menor cuanto mayor es la cantidad de ADN. El riesgo de secuelas se relaciona linealmente con la dosis. A menor dotación enzimática menor radiosensibilidad. La ingesti ón de isótopos de alta transferencia lineal de energía (alto LET) es más nociva que la de isótopos de bajo LET. Existe un umbral de dosis para estos efectos.

70

Con respecto a las aplicaciones médicas de la radiactividad, es falso que: 1. 2. 3. 4. 5.

El radioinmunoensayo es útil para medir la concentración en suero de diferentes sustancias. La radiación alfa y beta es ideal en radioterapia interna. Los rayox X han constit uido uno de los mayores impulsos al diagnóstico médico. La radiación gamma se utiliza para el estudio isotóico de órganos y vísceras internas mediante cámaras de Anger. La radiación gamma se utili za para la radioterapia externa de tumores superficiales.

 .  5 :  0   7  ;  4 :  9   6   ;  2 :  8   6  ;  3 :  7   6  ;  5 :  6   6 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

107 

Capítulo XIII

BIOFISICA DEL APARATO LOCOMOTOR Indice Conceptos  Palancas en el cuerpo humano.

CONCEPTOS Los conceptos de mecánica clásica pueden ser usados para analizar el tamaño, forma, movimientos y fuerza del ser humano. Para que un cuerpo esté en equilibrio estático se tiene que cumplir que la sumatoria de fuerzas que actúan sobre ese cuerpo= 0 (equilibrio translacional) y la suma de momentos de esas fuerzas= 0 (equilibrio rotacional). Centro de masas o centro de gravedad de un cuerpo es el punto en el que se puede considerar que está localizada o concentrada toda la masa o peso del cuerpo a efectos de movimiento traslacional. Su localización varía según la posición del cuerpo. En el cuerpo humano de pie y totalmente erguido el centro de gravedad se localiza a nivel de la segunda vértebra sacra, sobre una línea vertical que toca el suelo a unos tres centímetros por delante de la articulación del tobillo.

PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO — De 1. a clase: Fulcro (punto de apoyo) entre el peso y la fuerza muscular. Ejemplos: cráneo y columna vertebral. Arti culación de la cadera. 108

Componentes rígidos y deformables en el cuerpo  humano 

— De 2. a clase: Peso entre ful cro y fuerza muscular. Ejemplo: pie en posición de puntillas. — De 3. a clase: Fuerza muscular entre fulcro y peso. Ejemplo: antebrazo cuando soporta un peso. Ventaja mecánica= momento F. muscular/momento F. resistencia; el momento de una fuerza es el producto de dicha fuerza por la distancia perpendicular desde el punto donde se ejerce al eje de rotación; la mayor parte de las palancas del cuerpo humano son de primera y tercera clase y tienen ventajas mecánicas menores de 1 porque los músculos suelen estar insertados muy cerca de las art iculaciones (punto de apoyo). La venta ja mecánica es una medida de la eficiencia de una palanca en términos de la cantidad de fuerza necesaria para mantener o mover un determinado peso.

COMPONENTES RIGIDOS Y DEFORMABLES EN EL CUERPO HUMANO Sobre cualquier biomaterial se pueden ejercer diferentes ti pos de fuerzas que producirían diferentes deformaciones:  — Fuerzas de tracción o tensión ←→

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

 — Fuerzas de compresión →←.  — Fuerzas tangenciales o de cizalladura. Normalmente los huesos se rompen más fácilmente por flexión o torcedura, también por tensión, pero no por compresión. La resistencia de un cuerpo a doblarse cuando se le somete a fuerzas tangenciales depende de su composición y forma, de tal manera que una estructura hueca es más resistente que una maciza a igual sección, de ahí que los huesos largos al estar huecos en su porción central tengan una mayor resistencia a doblarse. Por el contrario, en las epífisis, zonas donde el hueso está sometido a fuerzas de compresión principalmente, el hueso es trabecular, ya que tiene la fuerza suficiente con menos material que el hueso compacto, y además al ser más flexible absorbe más energía al correr, saltar, etc., pues durante el crecimiento las trabéculas adoptan la dirección de las líneas de fuerza.

2 71

El centro de gravedad: 1. 2. 3. 4. 5.

Está situado en la 12.ª vértebra dorsal. Es independiente de la posición del cuerpo. Es el punto donde se considera situada toda la masa de ese cuerpo a efectos de movimiento rraslacional. Se encuentra en el apéndice xifoides. Está situado 2 cm. por encima de la sínfisis del pubis.

72

¿Cuál de las siguientes palancas del cuerpo humano es de 2.ª clase?: 1. 2. 3. 4. 5.

Articulación del cráneo con la columna vertebral. Articulaci ón de la cadera. Articulaci ón del hombro. Pie en posición de puntillas. Antebrazo cuando soporta un peso.

73

En relación a las palancas del cuerpo humano, es falso que: 1. 2. 3. 4. 5.

La mayoría son de 1.ª clase. Tienen ventajas mecánicas bajas. Los músculos están insertados muy cerca de los puntos de apoyo. Tienen ventajas mecánicas menores de 1. La mayoría son de 2.ª clase.

74

En las diáfisis los huesos están huecos para presentar: 1. 2. 3. 4. 5.

M ayor resistencia a la tracción. M ayor resistencia a la flexión. M ayor resistencia a la tensión. M enor peso total y mayor movilidad. M ayor resistencia a la compresión.

75

Con respecto a las epífisis es falso que: 1. 2. 3. 4. 5.

El hueso es trabecular para presentar una mayor resistencia a la compresión. Las trabéculas durante el crecimiento adoptan la dirección de las líneas de fuerza. El hueso es trabecular y absorbe más energía al correr o saltar. El hueso es trabecular para presentar más resistencia a las fuerzas de cizalladura. Entre las trabéculas se aloja la médula ósea.

 .  4 :  5   7  ;  2 :  4   7  ;  5 :  3   7  ;  4 :  2   7  ;  3 :  1   7 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

109

Capítulo XIV

TERMODIN AMICA Y BIOENERGETICA Indice Definición y conceptos  Leyes de la termodinámica 

Bioenergética animal  Control de la disipación de calor 

DEFINICION Y CONCEPTOS

1.ª Ley

 — Termodinámica es una ciencia abstracta que se preocupa sobre el estado y evolución de los sistemas, y en particular sobre la interconversión de las distintas formas de energía.  — Temperatura es una función de estado relacionada con la energía cinética de las moléculas.   — Calor es una forma de transferencia de energía. Se mide en julios y calorías, como toda forma de energía. 1 caloría= 4,18 julios.  — Calor específico: Cantidad de calor necesaria para que la temperatura de un gramo de una sustancia aumente un grado centígrado. Caloría es el calor específico del agua de 14,5 a 15,5°C.

LEYES DE LA TERMODINAMICA Principio Cero de la TD Cuando dos cuerpos o sistemas se encuentran a la misma temperatura no existe flujo neto de calor entre ell os. 110

La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. La suma del valor de las formas de energía permanece constante. ∆H= entalpía= cantidad de calor intercambiada en una transformación:  — Isobárica: A presión constante, es lo más habitual.  — Isocórica o isostérica: A volumen constante.  — Adiabática: Sin ganancia ni pérdida de calor. El estudio de los cambios de entalpía que tienen lugar en las reacciones químicas (probablemente la aplicación bioquímica más importante de la primera ley) suministra información de la energía almacenada en los enlaces de los compuestos que intervienen en la reacción. Las reacciones ocurren con desprendimient o (exotérmicas) o absorción (endotérmicas) de entalpía. ∆Hreacción= εHproductos-εHreactivos=ε(energía de enlaces rotos)- ε(energía de enlaces f ormados).

2.ª Ley Describe la dirección del cambio introduciendo una nueva

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

función de estado, la entropía (S), que mide el desorden de un sistema. Todo sistema tiende a pasar espontáneamente a un estado de energía mínima (o mejor de entalpía mínima) y máximo desorden o entropía máxima. ∆S= ∆Ssistema+∆Sentorno≥0

Los seres vivos pueden mantener sus estructuras ordenadas porque son sistemas abiertos que toman sustratos organizados del medio y excretan al mismo productos degradados. Existe una magnitud termodinámica que engloba a H y a S, es la llamada Energía libre de Gibbs G ∆G=∆H-T∆S

Dado que la tendencia del sistema es a la entalpía mínima ∆H< 0 y el desorden máximo ∆S> 0, podemos concluir que en un sistema a presión y temperatura constante la energía libre disminuye en un proceso espontáneo:  —  —  —

∆G< 0:

exoergónica-espontánea. ∆G=0: en equilibrio. ∆G>0: endoergónica-espontánea en la otra dirección.

BIOENERGETICA ANIMAL

2 76

En una persona con fiebre aumenta mucho la pérdida de calor, por: 1. 2. 3. 4. 5.

Conducción. Inducción. Evaporación. Convección. Radiación.

77

La transformación que ocurre a volumen constante se llama: 1. 2. 3. 4. 5.

Isobárica. Adiabática. Exoergónica. Endoergónoca. Isostérica.

78

Señale la respuesta falsa:

  — Presupuesto energéti co: C=P+Q+W+U+F, donde: C= energía almacenada en los alimentos. P= crecimiento, masa asimilada. W= trabajo realizado-contra el entorno. U= energía perdida en orina. F= energía perdida en heces.  — Valor calórico de los alimentos: cantidad de calor desprendida en la combustión de un gramo de un determinado alimento.  — BMR: metabolismo basal: calor desprendido por una persona en condiciones basales (despierto, en ayuno de 12 horas, en reposo físico y mental y con temperatura ambiental agradable). El valor medio es de 1.760 kcal./día, es muy estable en un individuo dado.

CONTROL DE LA DISIPACIÓN DE CALOR El trabajo contra el entorno (W) es relativamente pequeño (máximo 500 kcal. en 10 horas) y con una eficacia del 25%. El 75% restante se disipa en forma de calor mediante uno de los siguientes mecanismos:  — Conducción: no implica movimiento del cuerpo que transmite el calor. Poco importante.  — Convección: movimiento físico del fluido que transmite el calor. Importante en el hombre, sobre todo si lleva poca ropa (1.000 kcal./ día una persona desnuda).   — Radiación: no necesita soporte material. El más importante desde el punto de vista cuantitativo en el hombre (1.800 kcal./ día).  — Evaporación: importante por ser regulable (fiebre).

1. 2. 3. 4. 5.

El calor es una función de estado. Caloría es el calor específico del agudo de 14,5 a 15,5°C. La entropía mide el desorden de un sistema. El metabolismo basal es muy estable para cada individuo. Las transformaciones isobáricas ocrren a presión contraste.

79

Las reacciones que ocurren de manera espontánea se ll aman: 1. 2. 3. 4. 5.

Isocóricas. Endoergónicas. Isostéricas. Exoergónicas. Adiabáticas.

80

¿Cuál de los siguientes mecanismos de disipación del calor no necesita soporte material?: 1. 2. 3. 4. 5.

Conducción. Convección. Radiación. Inducción. Evaporación.

 .  3 :  0   8  ;  4 :  9   7  ;  1 :  8   7  ;  5 :  7   7  ;  3 :  6   7 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

111

Capítulo XV

POTENCIALES BIOELECTRICOS Indice Introducción a las membrranas biológicas  Propiedades eléctricas de las membranas 

Potencial de acción 

INTRODUCCION A LAS MEMBRANAS BIOLOGICAS

Conductancia

La distribución de partículas cargadas a ambos lados de las membranas plasmáticas constituye la esencia de numerosos procesos biológicos, entre ellos la conducción del impulso nervioso. Los procesos de transporte a través de las membranas biológicas pueden ser:  — Difusión simple: No presenta saturación.  — Transporte mediado: Sí presenta cinética de saturación. Pueden ser activos, con gasto de energía, o pasivos o difusión facilitada, sin gasto de energía. Otras propiedades de los sistemas de transporte mediado además de la saturación son la especificidad y la inhibición.

PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS MEMBRANAS Capacitancia La bicapa lipídica puede separar cargas y por tanto confiere a la membrana las características de un condensador. 112

La bicapa lipídica es atravesada por proteínas integrales (que en su parte extracelular presentan oligosacáridos), canales iónicos que le confieren a la membrana la característica de Conductancia, que es una medida de la permeabilidad a los diferentes i ones.

Ecuación de Nernst Es la expresión matemática del potencial eléctrico que se genera a través de una membrana semipermeable por la distribución asimétrica de un ion a ambos lados de la misma. RT E=∆γ =γ int -γ ext =

[ ion ext]

⊗ Ln zF

[ ionint ]

Para cada distribución asimétrica de iones siempre existe un valor de potencial eléctrico que la manti ene en equilibrio.

Papel de los distintos iones El potasio desempeña un papel fundamental en la génesis

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2 del potencial de membrana (Em);Em es algo menos negativo que Ek debido a que el sodio también es algo permeable y penetra en la célula. Las membranas biológicas se encuentran en un estado estacionario, f uera del equilibrio y extraordinariamente dinámico, con un alto costo energético, pues precisa una ATPasa que mete potasio y saca sodio para mantener esta situación en que el potasio es el principal ion intracelular (y principal responsable de Em por su gran permeabilidad), el sodio extracelular (y ligeramente permeable) y el cloro también extracelular (pero se distribuye pasivamente de acuerdo al potencial generado por Na y k para mantener la electroneutralidad).

POTENCIAL DE ACCION

81

Las proteinas integtrales de la bicapa lipídica confieren a las membranas biológicas la propiedad de la: 1. 2. 3. 4. 5.

Reactancia. Conductancia. Impedanci a. Capacitancia. Inductancia.

82

El principal responsable de la génesis del potencial de membrana es:

Definición Secuencia de depolarización y repolarización que tiene lugar de forma espontánea cuando la depolarización de una célula excitable sobrepasa un umbral característico. En él se distinguen el periodo refractario absoluto (PRA), durante el cual la célula es inexcitable, y el relativo (PRR), en el cual el umbral de excitación es mayor y la amplitud de la respuesta menor. El potencial de acción sigue la ley del todo o nada, que consiste en que el PA de una célula es siempre igual independientemente del estímulo. Experimentalmente se puede provocar PA y por tanto estímulo mediante corriente eléctrica aplicada en un nervio o músculo. La mínima intensidad necesaria para ello se denomina reobase. La cronaxia es la duración mínima que precisa una corriente de intensidad doble de la reobase para producir un estimulo.

1. 2. 3. 4. 5.

E sodio. La ATPasa sodio-potasio. El cl oro. El potasio. La ecuación de Nernst.

83

No es característico del potencial de acción: 1. 2. 3. 4. 5.

La ley de todo o nada. Estar causado por un cambio lento y sostenido en la conductancia del sodio. El PRA. El PRR. Su conducción unidireccional in vivo.

Génesis El potencial de acción (PA) está provocado por un cambio selectivo de la permeabili dad de la membrana para el ion Na rápido y transitorio y un cambio en la conductancia del k más lento y sostenido a través de canales específicos sensibles a potencial. En la repolarización ocurren los fenómenos inversos (salida de Na y entrada de k).

Conducción del potencial de acción In vivo la conducción del impulso nervioso es unidireccional, pues aunque la corriente fluye de un modo pasivo en ambas direcciones, sólo es capaz de provocar potenciales de acción en las zonas aún sin excitar, las anteriores están en PRA. Para favorecer la conducción del impulso nervioso en los invertebrados se han desarrollado axones de gran longitud, mientras que en vertebrados un gran número de neuronas se encuentran recubiertas de mielina (lipoproteína), con lo que aumenta la resistencia de la membrana y la conducción longitudinal, con gran aumento de la velocidad de conducción.

84

No está relacionado con los procesos de transporte mediado: 1. 2. 3. 4. 5.

La difusión facili tada. La falta de especificidad. La saturación. El transporte activo. La inhibición.

85

La provocación experimental del potencial de acción: 1. No sigue la ley del todo o nada. 2. La mínima intensidad para provocarlo se llama cronaxia.` 3. La reobase es el doble de la cronaxia. 4. La reobase es la mitad de la cronaxia. 5. La mínima intensdad para provocarlo se llama reobase.

 .  5 :  5   8  ;  2 :  4   8  ;  2 :  3   8  ;  4 :  2   8  ;  2 :  1   8 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

113

Capítulo XVI

VISION Y AUDICION Indice Introducción  Ondas sonoras  Audición 

Ondas electromagnéticas  Visión  Aplicaciones de luz y sonido en medicina 

INTRODUCCION

I0 es el valor que se utiliza como referencia; si I=I 0 entonces L=0 (umbral de audición).

Una onda es una distorsión definida en el espacio que se propaga transportando energía sin que exista propagación neta de materia. Se pueden dividir en:   — M ecánicas (ej. ondas sonoras): Necesitan un medio material para propagarse.  — No mecánicas (ej. ondas electromagnéticas): No lo necesitan. Y en:   — Transversales (ej. electromagnéticas): Oscilación perpendicular a la dirección de propagación.  — Longitudinales (ej. sonoras): Oscilación paralela a la dirección de propagación.

ONDAS SONORAS El sonido es una onda mecánica longitudinal cuyo nivel de intensidad se mide usualmente en la escala decibélica. I I0=10-12watios˙• m-2

L (db) =10log I0

114

AUDICION Anatomía El oído actúa como receptor sensorial con zonas anatómica y f uncionalmente diferenciadas:  — Oído externo: Actúa de caja de resonancia.  — M embrana timpánica: Acopla las vibraciones del aire (ondas sonoras) a los huesecillos del oído medio. Vibra con una amplitud del orden del diámetro del átomo de hidrógeno.  — Oído medio: La cadena de huesecillos actúa amplificando la señal (unas 20 veces) mediante un mecanismo similar al de un amplifi cador de presiones.  — Oído interno (cóclea): En él se encuentran las células sensoriales, que se encargan de la transducción de energía mecánica en una señal eléctrica que llegará al cerebro por los nervios auditivos.

Mecanismo Las vibraciones transmitidas por los huesecillos a la ventana

BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2 oval originan movimientos en la perili nfa que ti enen como consecuencia la producción de un patrón de vibraciones característico en la membrana coclear, provocando el movimiento de los cilios de las células sensoriales ancladas entre la membrana basilar y tectorial, de manera que cuando los cilios se desplazan hacia el de mayor longitud se produce depolarización (excitación) de las células ciliadas, y al sentido contrario una hiperpolarización (inhibición). En los mamíferos las frecuencias se seleccionan porque la zona de la membrana coclear que vibra con una amplitud máxima es dependiente de la frecuencia, mientras que en tortugas cada célula responde a una frecuencia determinada.

ONDAS ELECTROMAGNETICAS La luz es una onda no mecánica transversal de naturaleza electromagnética de la cual la sensibilidad visual de los mamíferos cubre un rango muy estrecho (360-690 nm. la luz visible). Un dioptrio es una superficie de separación de dos medios con diferente indice de refracción. Una lente es un sistema óptico formado por dos medios separados por dos dioptrios. Pueden ser:  — Convergentes (positivas), ej. lentes biconvexas.  — Divergentes (negativas), ej. lentes bicóncavas. La potencia de una lente es el inverso de su distancia focal y se mide en dioptrías (m -1).

86

Señale la información cierta acerca de la retina: 1. 2. 3. 4. 5.

Los conos son poco sensibles enc omparación con los bastones. Los bastones, más sensibles, son muy abundantes en la fóvea. Los conos contienen gran cantidad de rodopsina. Los bastones se utilizan en la visión fotópica. Los bastones distinguen colores y detalles.

87

El efecto Doppler permite observar mediante ecografía: 1. 2. 3. 4. 5.

Las cámaras cardíacas. El metaboli smo hepático. El fl ujo sanguíneo. Los riñones. El cerebro.

88

Con respecto a las lentes, señale la respuesta falsa: 1. 2. 3. 4. 5.

Están formadas por 2 dioptrios que separan 2 medios. La potencia es el inverso de la distancia focal. Pueden ser positivas o negativas. El cristalino es la lente de mayor poder refract ivo en el ojo. La potencia se mide en dioptrias.

VISION. EL OJO COMO SISTEMA OPTICO El ojo es similar a una cámara fotográfica; su misión es enfocar los objetos en la retina, donde sufrirán un revelado instantáneo y renovable.

Medios de enfoque El máximo poder refractivo está en la córnea (40 dioptrías), que per se enfoca los objetos detrás de la retina; una segunda lente correctora, el cristalino, termina de realizar el enfoque cambiando su curvatura gracias a la conexión muscular que posee. A este enfoque se le llama acomodación (valor máximo de 20 dioptrías). La apertura central del iris puede también cambiar su tamaño, ajustando la luminosidad.

89

La parte del oído encargada de amplificar la señal auditiva es: 1. 2. 3. 4. 5.

El conducto auditi vo externo. La membrana timpánica. El oído medio. El oído interno. El pabellón auricular.

90

Retina

En la retina se encuentran situadas las células sensoriales (fotorreceptoras que actúan como eficientes contadores de fotones), que se encargan de la transducción y son de dos tipos:   — Bastones: M ás sensibles, trabajan en condiciones de baja iluminación sin distinguir colores ni detalles (utilizados en la visión escotópica).  — Conos: Poco sensibles, necesitan il uminación elevada pero distinguen colores y detalles (visión fotópica).

La escala decibélica mide: 1. 2. 3. 4. 5.

La energía que transmit e un sonido por unidad de ti empo.` El logaritmo decimal de la energía de un sonido. La energía que transmit e un sonido por unidad de longit ud. El inverso de la intensidad de un sonido. La intensidad relativa de un sonido.

 .  5 :  0   9  ;  3 :  9   8  ;  4 :  8   8  ;  3 :  7   8  ;  1 :  6   8 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

115

VISION Y AUDICION

Los conos son mucho más abundantes en la fóvea, donde apenas hay bastones. Los bastones poseen una gran cantidad de membranas especializadas en el segmento externo y tienen una extraordinaria fluidez y gran cantidad del pigmento rodopsina, cromoproteína muy eficiente en el proceso de absorción. Los conos poseen tres tipos diferentes de pigmentos visuales; en el cerebro se combinan las señales creando la gama de colores.

de las ondas en las diferentes estructuras corporales se analizan para la obtención de imágenes. También se pueden utilizar técnicas ecográficas con base en el efecto Doppler, que consiste en la diferente frecuencia con que un observador móvil y otro fijo reciben un sonido. La variación de la frecuencia es función de la velocidad (v) a la que se mueve el observador, que en nuestro caso sería el órgano que estemos interesados en estudiar.

APLICACIONES DE LUZ Y SONIDO EN MEDICINA

Láser

Ecografía Aplicando electricidad a un material piezoeléctrico se generan ultrasonidos, cuyos ecos recibidos tras la reflexión parcial

116 

Es una fuente de luz que emite un haz muy estrecho de luz monocromática pura, en la que cada onda está en fase con las demás, y que libera energía amplificada que se puede enfocar a puntos muy pequeños, por lo que su utilización fundamental es en diversos tipos de intervenciones quirúrgicas.

Capítulo XVII

MECANICA CIRCULATORIA Indice Conceptos y leyes importantes

Organización del sistema circulatorio  

CONCEPTOS Y LEYES IMPORTANTES Los fluidos son sustancias no sólidas capaces de variar su forma. Poseen fuerzas intermoleculares débiles que permiten el desplazamiento de las moléculas que lo componen.  — Presión (sobre las paredes del recipiente que contiene el fluido): Es la fuerza (perpendicular al recipiente) por unidad de superficie. P=F/S. La unidad en el S.I. es Pascal. 1Pa=1Nw/m.2; 1atm=1.000 mbar=133,3Pa.   — Principio de Pascal: La presión aplicada en un punto de un fluido se transmite sin disminución a todos los puntos del mismo.  — Paradoja hidrostática: Para un fluido, la presión a una altura (profundidad) determinada es idéntica independientemente de la forma del recipiente y la cantidad de líquido.  — Ley de Poiseuille: Para flujos pequeños (laminares): 1 Resistencia= Longitud˙Viscosidad˙

Radio4

lo que indica que el

factor más importante es el radio del vaso

 — Ley de Laplace: 1 Tensión parietal=˙ Grosor

• Presión˙Radio

ORGANIZACION DEL SISTEMA CIRCULATORIO El sistema circulatorio consta de dos circuitos en serie: el menor o pulmonar, de resistencia baja e impulsado por el corazón derecho, y el mayor o sistémico, de resistencia elevada dependiente del corazón izquierdo. El flujo es idéntico en cualquiera de las secciones totales del sistema circulatorio, por lo que la velocidad promedio en los diferentes conductos es inversamente proporcional a la sección total del tramo considerado, máxima en la aorta y mínima en los capilares (existe una relación inversa entre el diámetro en los diferentes vasos y la superficie total de la sección que ocupan los mismos) Flujo= Gradiente de presion/ resistencia.. Existe así mismo una caída continua de presión a lo largo del lecho circulatorio; la mayor parte de resistencia se encuentra localizada a nivel de arteriolas y capilares. Además, debido a la gravedad, la presión varía en las distintas partes del cuerpo, pero el gradiente arteriovenoso permanece constante. 117 

MECANICA CIRCULATORIA

Capacitancia Capacidad de almacenar fluidos a presión.C= ∆V/ ∆P. No es lineal, disminuye a partir de ciertos valores de volumen, a partir de los cuales la presión aumenta mucho. Es mayor en venas, de ahí que el 64% de la sangre esté siempre en el lecho venoso. En las cavidades ventriculares se habla de Compliance, que junto con la rigidez determina la función diastólica ventricular. La impedancia es el cociente entre presión y flujo.

Estabilidad de los vasos. Presión transmural Pt= Pi-Pe; Si la tensión (que viene dada por la ley de Laplace) supera a la Pt, el vaso se cierra; Si Pt aumenta sin que pueda ser contrarrestado por la tensión entonces se rompe el vaso.

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No es característico de un fluido: 1. 2. 3. 4. 5.

El transmiti r la presión que se le aplica sin decremento. Poseer fuerzas intermoleculares débiles. Ser capaz de variar su forma. Que la presión a una profundidad determinada depende de la cantidad de fluido. Adoptar la forma del recipiente que los contiene.

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En el sistema circulatorio: 1. 2. 3. 4. 5.

El gasto cardíaco derecho es menor que el izquierdo. La presión arterial en el sistema derecho es igual que en el izquierdo. La velocidad de la sangre es máxima en la aorta porque su diámetro es mayor. El potasio es el ión que más participa en el mantenimiento de la volemia. La velocidad de la sangre es mínima en capilares, pues su sección total es la mayor de todo el sistema circulatorio.

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Con respecto al lecho vascular: 1. 2. 3. 4. 5.

La aorta es un vaso de alta resistencia por presentar un gran diámetro. La aorta es un vaso de alta resistencia por presentar la sección total más pequeña de todo el sistema circulatorio. En la policitemia aumenta la resistencia que ofrece la aorta a la sangre. La presión arteri al es idéntica en cualquier lugar del cuerpo en bipedestación. La cava tiene menor resistencia que las vénulas por su mayor grosor.

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Con respecto al sistema circulatorio: 1. 2. 3. 4. 5.

La capacitancia viene dada por la distribuci ón asimétri ca de cargas en l os vasos sanguíneos. Las arterias son fundamentalmente vasos de capacitancia. La capacitancia tiene un límite a partir del cual la presión transmural puede romper el vaso. Las venas son vasos de conductancia fundamentalment e. La rigidez determina la capacitancia ventricular.

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Con respecto a la tensión parietal de los vasos sanguíneos: 1. 2. 3. 4. 5.

Es máxima en arteri olas. Es mínima en arteri olas. Es máxima en la aorta. Si es superada por la presión transmural el vaso se cierra. Aumenta con la viscosidad.

 .  3 :  5   9  ;  3 :  4   9  ;  3 :  3   9  ;  5 :  2   9  ;  4 :  1   9 :    S    A    T    S    E    U    P    S    E    R

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BIOQUIMICA Y BIOFISICA

2 BIBLIOGRAFIA BIOQUIMICA

BIOFISICA

BALADRON, J. y cols.: «Manual Intensivo para el Examen MIR». Editorial Luzán 5. Madrid, 1993. LEHNINGER, A. L.: «Principios de bioquímica». Ediciones Omega, Barcelona,1984. STRYER, L.: «Bioquímica». 2.ª edición. Editorial Reverte, Barcelona, 1982.

CROMER: «Física para las ciencias de la vida». 2.ª edición. Editorial Reverte, 1982. DIEZ DE LOS RIOS, A.: «Introducción a la Biofísica y a la Física Médica». Universidad de Malaga, 1983. EISENBERG, D.; CROTHERS, D.: «Physical chemistry». Benjamin, 1979.

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Sección 2

INDICE DE MATERIAS Acido/os , Fólico, 80 láctico, 82 nicotínico o Niacina, 79 Pantoténico, 79 biliares, 92 grasos, 71 acomodación, 115 Aldosa, 63 alfa-Queratinas, 66 Amilasas, 64 Aminoácidos, 67 Esenciales, 68 Andrógenos, 93 Audición, 114 bases nitrogenadas, 69 Bastones, 115 beta-Queratinas, 67 Betaoxidación de ácidos grasos, 94 Bicapa, 74 Biotina, 80 Cadena de transporte electronico, 89 Calor, 110 específico, 110 Capacitancia, 112, 118

Carbohidratos, 61 carbono quiral, 63 centro de gravedad, 108 Centro de masas, 108 Cerebrósidos, 74 Cetogenesis, 96 Ciclo de Cory, 85 Ciclo de la Urea, 98 Ciclo del ácido citrico, 87 cistrón, 102 código genético, 102 codon, 102 Coenzima, 75 Cofactor, 75 Colesterol, 91 complejo de iniciación, 102 Compliance, 118 Conductancia, 112 Conos, 115 córnea, 115 cuerpos cetónicos, 96 Desaminación Oxidativa, 98 de los aminoácidos, 97 dextrorrotatorio, 67 dioptrio, 115

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