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![Capítulo XV
POTENCIALES
BIOELECTRICOS
Indice
Introducción a las membrranas biológicas Potencial de acción
Propiedades eléctricas de las membranas
INTRODUCCION A LAS MEMBRANAS Conductancia
BIOLOGICAS
La bicapa lipídica es atravesada por proteínas integrales
La distribución de partículas cargadas a ambos lados de las (que en su parte extracelular presentan oligosacáridos), cana-
membranas plasmáticas constituye la esencia de numerosos les iónicos que le confieren a la membrana la característica de
procesos biológicos, entre ellos la conducción del impulso ner- Conductancia, que es una medida de la permeabilidad a los di-
vioso. ferentes iones.
Los procesos de transporte a través de las membranas bio-
lógicas pueden ser: Ecuación de Nernst
— Difusión simple: No presenta saturación. Es la expresión matemática del potencial eléctrico que se
— Transporte mediado: Sí presenta cinética de satura- genera a través de una membrana semipermeable por la distri-
ción. Pueden ser activos, con gasto de energía, o pasi- bución asimétrica de un ion a ambos lados de la misma.
vos o difusión facilitada, sin gasto de energía. Otras
propiedades de los sistemas de transporte mediado RT [ ionext]
además de la saturación son la especificidad y la inhi- E=∆γ=γint-γext = ⊗ Ln
bición.
zF [ ionint]
PROPIEDADES ELECTRICAS DE
LAS MEMBRANAS Para cada distribución asimétrica de iones siempre existe un
valor de potencial eléctrico que la mantiene en equilibrio.
Capacitancia
Papel de los distintos iones
La bicapa lipídica puede separar cargas y por tanto confiere
a la membrana las características de un condensador. El potasio desempeña un papel fundamental en la génesis
112](https://image.slidesharecdn.com/t01s02-120915200410-phpapp02/85/bioquimica-55-320.jpg)
Subido porMiguel Angel Alcivar Zamora
bioquimica
Este documento presenta un resumen de la bioquímica y biofísica. En la sección de bioquímica, describe la composición estructural y funciones metabólicas de los carbohidratos, incluyendo monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. También cubre el metabolismo de la glucosa, el ciclo de Krebs, la cadena respiratoria y el metabolismo de lípidos, proteínas y nucleótidos. La sección de biofísica cubre temas como biofísica de las radiaciones,
bioquimica
- 1. 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
- 2. INDICE BIOQ UIMICAY BIOFISICA BIOQUIMICA Capítulo VII. METABOLISMO DE Capítulo I. CARBOHIDRATOS. GLUCOSA Y GLUCOGENO COMPOSICION ESTRUCTURAL Y Glucólisis. Esquema y características FUNCIONES METABOLICAS Destinos metabólicos del piruvato Composición estructural Gluconeogénesis Catabolismo de los hidratos de Ciclo de Cory carbono Glucogenogénesis Capítulo VIII. CICLO DE KREBS. Capítulo II. PROTEINAS. VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO AMINOACIDOS CONSTITUYENTES CADENA RESPIRATORIA. Y PROPIEDADES DE LOS PÉPTIDOS Ciclo del ácido cítrico Proteínas: estructura y funciones Vía de las pentosas fosfato Aminoácidos: composición y Cadena de transporte electrónico propiedades Capítulo IX. METABOLISMO DEL Capítulo III. NUCLEOTIDOS. COLESTEROL. HORMONAS ESTEROIDEAS. METABOLISMO Y VIAS DE SINTESIS SINTESIS Y BETAOXIDACION DE ACIDOS Definición, nomenclatura, GRASOS. CETOGENESIS propiedades y funciones Síntesis del colesterol Biosíntesis Compuestos derivados del Degradación de las purinas colesterol Síntesis de ácidos grasos Capítulo IV. LIPIDOS. Betaoxidación de ácidos grasos PROPIEDADES METABOLICAS. Cetogénesis HORMONAS ESTEROIDEAS Capítulo X. DEGRADACION OXIDATIVA Composición y propiedades DE LOS AMINOACIDOS Clasificación Digestión proteica Capítulo V. ENZIMAS. CINÉTICA Y Desaminación oxidativa de los amino- PROPIEDADES ácidos Definición y propiedades Capítulo XI. REPLICACION Cinética enzimática Inhibición enzimática TRANSCRIPCION Y TRADUCCION DE LOS ACIDOS NUCLÉICOS Capítulo VI. VITAMINAS Introducción Conceptos generales Replicación Clasificación Transcripción Traducción
- 3. INDICE BIOFISICA Capítulo XII. BIOFISICADE LAS RADIACIONES Concepto y parámetros Enfoque biomédico Conceptos importantes Aplicaciones Capítulo XIII. BIOFISICA DEL APARATO LOCOMOTOR Conceptos Palancas en el cuerpo humano Componentes rígidos y deformables en el cuerpo humano Capítulo XIV. TERMODINAMICA Y BIOENERGÉTICA Definición y conceptos Leyes de la termodinámica Bioenergética animal Control de la disipación de calor Capítulo XV. POTENCIALES BIOELÉCTRICOS Introducción a las membrranas bio- lógicas Propiedades eléctricas de las membranas Potencial de acción Capítulo XVI. VISION Y AUDICION Introducción Ondas sonoras Audición Ondas electromagnéticas Visión. El ojo como sistema optico Aplicaciones de luz y sonido en medicina Capítulo XVII. MECANICA CIRCULATORIA Conceptos y leyes importantes Organización del sistema circulatorio BIBLIOGRAFIA INDICE DE MATERIAS
- 4. Capítulo I CARBOHIDRAT OS . COMPOSICION ESTRUCTURAL Y FUNCIONES METABOLICAS Indice Composición estructural Catabolismo de los hidratos de carbono COMPOSICION ESTRUCTURAL tes. Los más abundantes son los Disacáridos, que po- seen dos unidades de monosacárido. Ej., Sacarosa o Los Carbohidratos son Polihidroxialdehídos o Polihidroxice- azúcar de caña, está constituida por D-Glucosa y D- tonas, o sustancias que rinden estos compuestos por hidrólisis. Fructosa. Son compuestos que responden generalmente a la fórmula — Polisacáridos: empírica: C-H2-O.Aunque algunos incorporan también Nitróge- Están constituidos por cadenas largas que poseen no, Fósforo o Azufre. centenares o millares de unidades de monosacárido. Existen tres clases principales de carbohidratos: Los polisacáridos más abundantes son el Almidón y la Celulosa, ambos constituidos por unidades de D-glu- — Monosacáridos: son azúcares simples, están consti- cosa que se repiten. tuidos por una sola unidad de polihidroxialdehído o polihidroxicetona. Monosacáridos El monosacárido más abundante en la naturaleza es la Son sólidos, incoloros, cristalinos muy solubles en agua e D-Glucosa. insolubles en disolventes polares. Sabor dulce. — Oligosacáridos: El esqueleto de los monosacáridos es una cadena carbona- Están constituidos por cadenas cortas de unidades de da sencilla, con los carbonos unidos por enlace simple y que monosacáridos unidas entre sí por enlaces covalen- no posee ramificaciones. 61
- 5. 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 HO — C*— H C*= Carbono quiral. 21= 2 Estereoisómeros. CH2OH CH2OH D- Gliceraldehído L-Gliceraldehído EPIMEROS FORMULA CICLICA: CHO CHO 6CH2OH H — C2 — OH OH — C2 — H H 5 O H H OH — C — OH OH — C — OH 1 4 OH H OH OH H — C — OH H — C — OH 2 3 H OH H — C — OH H — C — OH CH2OH CH2OH D-Glucosa D-Manosa D-glucosa ANOMEROS CH2OH CH2OH H O H O H OH H H 1 1 OH H OH OH H H OH OH H OH H OH α-D-Glucosa β-D-Glucosa Fig. 1. Monosacáridos. 62
- 6. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 Uno de los átomos de Carbono está unido por enlace doble a un átomo de Oxígeno para formar un grupo carbonilo, el res- 1 to de los carbonos posee un grupo hidroxilo. Los carbohidratos al hacerse cíclicos presentan un átomo de carbono que Si el grupo Carbonilo se encuentra en el extremo de la cade- no era simétrico en la fórmula lineal y que se hace asimétrico en la na hidrocarbonada, el monosacárido es un Aldehído y se llama cíclica. Este carbono se llama: Aldosa. 1. Carbono Anfipático. Si el grupo Carbonilo se encuentra en cualquier otra posi- 2. Carbono Epimérico. ción, el monosacárido es una Cetona y se llama Cetosa. 3. Carbono Anómerico. Monosacáridos de tres carbonos son las Triosas, las más 4. Carbono Alostérico. importantes: Gliceraldehído y Dihidroxiacetona. 5. No existe ningún átomo de carbono que se comporte así. Monosacáridos de 4, 5, 6 y 7 carbonos son las Tetrosas, Pentosas, Hexosas y Heptosas respectivamente. Las hexosas, entre las que se encuentra la D-Glucosa y la D- 2 Fructosa, son los monosacáridos más abundantes de la natura- Denominamos Isómero Dextrorrotatorio: leza. Las pentosas: D-Ribosa y 2 Desoxirribosa son los azúcares 1 Aquel esteroisómero que hace girar el plano de la luz polarizada hacia la izquierda, contrario a las agujas del reloj. que componen los ácidos nucleicos. 2 Carbono quiral más distal cuyo grupo hidroxilo se proyecta hacia Todos los monosacáridos, a excepción de la dihidroxiaceto- la derecha. na, contienen uno o más átomos de carbono asimétricos o qui- 3 Carbono quiral más distal cuyo grupo hidroxilo se proyecta hacia rales (carbono quiral es el que está unido a cuatro grupos fun- la izquierda. cionales distintos) y poseen por tanto formas isómeras óptica- 4 Esteroisómero que hace girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha, sentido de las agujas del reloj. mente activas que son imágenes especulares no superponibles 5 Isómero que aparece sólo en las fórmulas cíclicas. entre sí. Capaces de desviar el plano de la luz polarizada en una u otra dirección. Estas formas se llaman isómerosopticas, enantiomeros o esteroisómeros. 3 Existen tantos estereoisómeros como 2 elevado al número de carbonos quirales que existen en la molécula. ¿Cuántos esteroisómeros tiene un monosacárido de 3 carbonos quirales?: Así el Gliceraldehído, que posee un único carbono quiral, 1. 2*2*2*2. posee dos estereoisómeros. 2 elevado a 1 es igual a 2. (fig. 1) 2. 2*2+1. Una disolución de un esteroisomero que haga girar el plano 3. 2. 4. 8. de la luz polarizada hacia la izquierda (sentido contrario a las 5. 16. 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 4 isómero dextrorrotatario. La Hidroxiacetona tiene: La configuración absoluta D o L se emplea para referirse a 1. 1 carbono quiral. la configuración del átomo de carbono quiral, más distante del 2. Ningún carbono quiral. átomo de carbono carbonílico. 3. 2 carbonos quirales. Cuando el grupo hidroxilo del carbono quiral más distante 4. 3 carbonos quirales. se proyecta hacia la derecha de la fórmula de proyección el 5. 4 carbonos quirales. 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 con- 5 figuración alrededor de un átomo de carbono. Glucosa y Manosa son epímeros, esto significa: Ej.D-Glucosa y D-Manosa son Epímeros en el carbono 2. Enantiomeros: Esteroisómeros cuyas estructuras no son su- 1. La estructura de una es el espejo de la otra. perponibles en el espacio, por ser imágenes especulares. 2. Son esteroisómeros levorrotatorios. 3. Uno es el isómero L y el otro el D. 4. Se diferencian en la configuración de un átomo de carbono. Formas cíclicas 5. Son anómeros. Los monosacáridos con más de 5 átomos de carbono que son Aldosas y los de más de 6 carbonos que son Cetosas en di- solución aparecen en formas cíclicas al formarse un enlace co- RESPUESTAS:1: 3. 2: 4; 3: 4; 4: 2; 5: 4; valente intramolecular entre el grupo carbonilo aldehído de la 63
- 7. CARBOHIDRATOS. COMPOSICION ESTRUCTURAL.FUNCIONES METABOLICAS. aldosa originando un hemiacetal, o el grupo carbonilo ceto de CATABOLISMO DE LOS HIDRATOS DE una cetosa originándose un hemicetal. CARBONO El carbono carbonílico que no era asimétrico en las formulas lineales se hace asimétrico en la estructura cíclica. A este car- La mayor parte de los hidratos de carbono que se ingieren bono se le llama Carbono Anomérico o Hemiacetálico y da lu- están en forma de almidón, polisacárido complejo, formado por gar a dos formas isoméricas o Anómeros. Ej. alfa-D-Glucosa y muchas unidades de hexosa, unidas por enlaces 1,4 ó 1,6. Beta-D-Glucosa. Enzimas que intervienen en la degradación de los hidratos de carbono: Disacáridos Amilasas Son dos monosacáridos unidos por un enlace covalente en- tre el carbono anomérico de uno de los residuos del azúcar y Salival y pancreática, hidrolizan el almidón dando lugar pri- un grupo hidroxilo del otro residuo de azúcar. mero a oligosacáridos y después a disacáridos, sobre todo a maltosa. Principales disacáridos Los disacáridos son divididos enzimáticamente por las: Maltosa Disacaridasas Formada por dos unidades de D-Glucosa unidas por un enla- Localizadas sobre las microvellosidades de las células intes- ce glucosídico, alfa-1-4. tinales. Existen dos tipos de Disacaridasas: — Galactos idasas: como la Lactasa, descompone la lac- Lactosa tosa en glucosa y galactosa. Formada por D-Galactosa y D-Glucosa unidas por un enlace, — Glucosidasas: Sacarasa y Maltasa. Sacarasa, descom- beta-1-4. Es el azúcar de la leche. pone la sacarosa en fructosa y glucosa, y Maltasa, descompone la maltosa en dos moléculas de glucosa. Sacarosa A continuación, estos monosacáridos son transportados a través de las células hacia la circulación portal, de Es el azúcar de caña, está formado por D-Glucosa y D-Fruc- aquí pasan al hígado, que se encarga de mantener unos tosa unidas por enlace glucosídico, beta-2-1. niveles fijos de glucosa en sangre, unos 80-100 mg./ml. 64
- 8. Capítulo II PROTEIN AS . AMINOACIDOS CONSTITUYENTES Y PROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS Indice Proteínas: estructura y funciones Aminoácidos: composición y propiedades Dra. MARTA MATEO MORALES PROTEINAS. ESTRUCTURA Y FUNCIONES Niveles estructurales de las proteínas Estructura primaria Cualquier miembro de un grupo de compuestos orgánicos complejos que contienen carbono, hidrógeno, oxígeno, nitróge- Secuencia de residuos aminoácidos que la forman, nos per- no y, por lo general, azufre. En ellos el elemento característico mite clasificar las proteínas en fibrosas y globulares. Determi- es el nitrógeno y se encuentran ampliamente distribuidos en na conformación y función. las plantas y los animales. Las proteínas están formadas por Estructura secundaria combinaciones de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Existen 20 aminoácidos diferentes, y cada proteína tiene una Se refiere a la conformación de los residuos aminoácidos secuencia única y genéticamente definida de aminoácidos de adyacentes en las cadenas polipeptídicas, es decir, su ordena- la que dependen su forma y su función específicas. Sirven co- ción en el espacio. Así, la hélice alfa es la estructura secunda- mo enzimas, elementos estructurales, hormonas, inmunoglobu- ria de las alfa queratinas. linas, participan en el transporte de oxígeno, la contracción muscular, el transporte de electrones y otras funciones corpo- Estructura terciaria rales. Es la conformación tridimensional de las proteínas; plega- 65
- 9. PROTEINAS. AMINOACIDOS CONSTITUYENTESY PROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS COOH COOH COOH H2N— C— CH3 H3N+— C— H H3N+— C— H H CH CH2 CH3 CH3 CH H3C CH3 ALANINA VALINA LEUCINA COOH H3N— C— H COOH COOH CH2 H3N— C— H H3N— C— H CH2 CH2 SH COO- FENILALANINA CISTEINA ACIDO ASPARTICO Fig. 2. Estructura de los aminoácidos. mientos mediante los cuales residuos muy alejados en la es- Conjugadas o Compuestas tructura primaria pueden aparecer juntos. Es propia de las pro- Son aquellas en las que la molécula proteínica se encuentra teínas globulares. unida a otra no proteínica o varias de ellas (grupo prostético). Se estabiliza mediante enlaces de hidrógeno, acciones ióni- Entre ellas están nucleoproteínas, mucoproteínas, lipoproteí- cas o interacciones hidrofóbicas entre los radicales de los ami- nas, fosfoproteínas. noácidos constituyentes de las cadenas peptídicas. Según su forma se clasifican en: Globulares Estructura cuaternaria Forma compacta y esférica, solubles en sistemas acuosos Es la unión de dos o más cadenas polipeptídicas separadas que desempeñan funciones que exigen movilidad. Ej. hemoglo- por enlaces no covalentes o entrecruzamientos covalentes. bina, anticuerpos. Clasificación Fibrosas Las proteínas se pueden clasificar como: Alargadas y finas, insolubles en agua, con funciones estáti- cas, estructurales o protectoras como el colágeno, la querati- na, actina, miosina. Existen dos tipos: Disposición de la hélice Simples Alfa y disposicion de hélice Beta. Sólo compuestas por aminoácidos. Constituyen la mayoría de las proteínas del cuerpo, generalmente solubles en agua o Hélice-Alfa solución salina; a este grupo pertenecen albúminas, globuli- Ejemplo alfa-Queratinas: forman parte del pelo, piel y uñas. nas, histonas y protaminas. Son insolubles en agua. Pueden estirarse longitudinalmente. 66
- 10. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 Están formadas por cadenas que se disponen paralelas. Presentan puentes de hidrógeno intracatenarios. 6 Son ricas en residuos de cisteína, pudiendo formar enlaces ¿Cuál de los siguientes aminoácidos no es un aminoácido esencial?: covalentes de cisteína entre cadenas vecinas. 1. Valina. Hélice-Beta 2. Aspártico. 3. Metionina. Ejemplo: beta-Queratinas: fibroína de la seda. 4. Histidina. Son insolubles en agua. 5. Treonina. Son flexibles y blandas pero no se estiran. Están dispuestas en hoja plegada o zig-zag. No poseen enlaces de hidrógeno intracatenarios pero sí in- tercatenarios. 7 No existen enlaces de cisteína intercatenarios. ¿Cuál de las siguientes opciones sobre la hélice beta es falsa?: Las cadenas corren antiparalelas. 1. Las cadenas corren antiparalelas. Colágeno 2. Existen puentes de hidrógeno intercatenarios. 3. No existen puentes de hidrógeno intracatenarios. Proteína más abundante del cuerpo humano, su estructura 4. Son insolubles en agua. básica es el tropocolágeno, molécula compuesta por una triple 5. Pueden estirarse longitudinalmente. 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 8 restos de lisina, enlace muy específico del colágeno. En la naturaleza los aminoácidos se unen por enlaces peptídicos tipo: 1. Cis. AMINOACIDOS. COMPOSICION Y 2. Cis o Trans indistintamente. PROPIEDADES 3. Trans. 4. Sólo los aminoácidos esenciales se unen en disposición cis. Los sillares primarios de todas las proteínas son un grupo de 5. Tanto los aminoácidos esenciales como los no esenciales se 20 aminoácidos diferentes, cada uno de los cuales posee la si- unen en disposición Cis. guiente estructura (fig. 2): Carbono alfa, grupo amino (NH2), grupo carboxilo (COOH) y 9 cadena lateral (R ) que confiere individualidad química. ¿Qué aminoácido posee un grupo Imidazol en su molécula?: Todos los aminoácidos, excepto la glicina, tienen un carbo- no asimétrico o quiral, pues se halla unido a cuatro grupos- 1. Histidina. constituyentes diferentes, por esta razón existen dos isómeros 2. Prolina. especulares, estereoisómeros, enantiómeros o isómeros ópti- 3. Alanina. 4. Triptófano, fenilalanina y Tirosina. cos (ver configuración L y D en capítulo de carbohidratos), se- 5. Leucina. gún hacen girar el plano de la luz polarizada hacia la derecha (dextrorrotatorio) o hacia la izquierda (levorotatorio). Los ami- noácidos de las proteínas humanas son L-estereoisómeros. 10 Isómeros Geométricos: difieren en la organización de sus grupos alrededor de un doble enlace. Pueden aparecer en dis- ¿Qué es el PH Isoeléctrico?: posición Cis o en disposición Trans; en la naturaleza los amino- 1. Es igual a la suma de los PH de los aminoácidos ácidos que for- ácidos se unen por enlaces peptídicos en disposición Trans (ta- man la proteína. bla I). 2. Tiene el mismo valor para todas las proteínas, sólo depende del medio en que se solubilicen. Clasificación de los aminoácidos según sus 3. Es el PH al cual un aminoácido es neutro eléctricamente. propiedades 4. En la igualdad: ph= pk + log. A/B. Se cumple cuando A/B= 0. 5. Es el valor del ph al cual un aminoácido tiene la mínima capaci- No Polares dad tampón. Por la naturaleza hidrocarbonada de su grupo R, son hidrófo- bos o insolubles en agua: alanina, leucina, valina, isoleucina, RESPUESTAS: 6: 2; 7: 5; 8: 3; 9: 1; 10: 3. metionina, fenilalanina, trptófano y prolina. 67
- 11. PROTEINAS. AMINOACIDOS CONSTITUYENTESY PROPIEDADES DE LOS PEPTIDOS dieta, son: arginina, lisina, histidina, fenilalanina, triptófano, metionina, leucina, isoleucina, valina y treonina. TABLA I Aminoácidos esenciales Aminoácidos especiales Hidroxiprolina e hidroxilisina, son los principales componen- tes del colágeno. — Arginina. Acido carboxiglutámico: forma parte de la protrombina y de- — Histidina. sempeña un importante papel en la coagulación, gracias a su — Lisina. — Fenilalanina. capacidad de ligar calcio. — Triptófano. Desmosina, aminoácido formado a su vez por lisinas , forma — Metionina. parte de la elastina. — Leucina. N-Metil lisina: es un componente importante de las fibras — Isoleucina. musculares de miosina. — Valina. — Treonina. PH Isoeléctrico o punto isoeléctrico Antes de definir este concepto es preciso conocer el con- cepto de constante de disociación de una reacción: Polares o hidrófilos Los compuestos eléctricamente se clasifican como ácidos o bases. Los ácidos son sustancias capaces de ceder protones, Son solubles en agua, ya que contienen diferentes grupos mientras que las bases son compuestos capaces de aceptar funcionales que forman puentes de hidrógeno con el agua; se- gún su polaridad pueden ser: neutros, ácidos o básicos. protones o lo que es lo mismo capaces de liberar un grupo hi- droxilo. Polares Neutros Un dador de protones y el correspondiente aceptor de proto- nes constituyen un par ácido-base conjugado y existe un pará- — Glicina: único aminoácido cuyo átomo de carbono no es quiral, pues su grupo R es un átomo de hidrógeno. metro específico, conocido como la constante de disociación; — Serina, Treonina y Tirosina: su grupo R es un grupo hi- que es la constante de equilibrio de la reacción: droxilo. AB <————> A- + B. — Glutamina y Asparragina: su grupo R es un grupo ami- do. — Cisteína : su grupo R es un grupo Sulfhidrilo. El valor de la constante de equilibrio es: K = (A-) + (B+) / (AB). Polares con carga negativa o ácidos Como sabemos, el pH es el logaritmo de la inversa de la — Aspártico y Glutámico: su grupo R es un grupo carbo- concentración de protones: ph = log. 1/ (H+). xilo, COOH. Del mismo modo el PK = log. 1/K Polares con carga positiva o Básicos PH = PK + log (A-)/(B+). — Histidina, Arginina y Lisina. Otras características Esta igualdad se cumple para aquel valor en que (A-) =(B+), — El único aminoácido cetogénico puro es la Leucina. ya que entonces el cociente es 1 y log 1 = 0. Así pues el PK es — Aminoácidos con grupo aromático: Fenilalanina, Trip- el valor del PH en el cual una sustancia se halla disociada en tófano y Tirosina. un 50%. — Aminoácido con grupo imidazol: Histidina. El PH isoeléctrico o punto isoeléctrico. Equivale a la media — Aminoácido con grupo R cíclico: Prolina. aritmética de los PK de cada uno de los grupos funcionales que constituyen ese aminoácido, es por tanto el pH, al cual un ami- Aminoácidos Esenciales noácido es neutro eléctricamente y no se desplazaría eléctrica- Son aquellos aminoácidos que nuestro organismo no es ca- mente en un campo eléctrico. En este valor del PH la capaci- paz de sintetizar y que por tanto deben ser aportados con la dad tampón del aminoácido es máxima. 68
- 12. Capítulo III NUCLEOTIDOS . METABOLISMO Y VIAS DE SINTESIS Indice Definición, nomenclatura, propiedades y funciones Degradación de las purinas Biosíntesis DEFINICION, NOMENCLATURA, Los ácidos nucleicos son largos polímeros de nucleótidos PROPIEDADES Y FUNCIONES unidos por enlaces fosfodiéster (covalentes, pues) entre el hi- droxilo 3’ de un azúcar de un nucleótido y el fosfato 5’del nu- Un nucleótido resulta de la fosforilación de un nucleósido. Un nucleósido resulta de la unión de una base nitrogenada y cleótido siguiente. un azúcar de 5 carbonos (una pentosa) mediante un enlace N- En el DNA el azúcar es la desoxirribosa y las bases son A, O-Beta-glicosídico con pérdida de una molécula de agua. La G, C, T. pentosa puede ser ribosa (en el RNA) o desoxirribosa (en el En el RNA el azúcar es la ribosa y las bases son A, G, C, U. DNA). Las bases nitrogenadas son de dos tipos: purinas (doble anillo): adenina y guanina, y pirimidínicas: citosina, timina y Funciones de los nucleótidos uracilo. Los nucleósidos correspondientes son respectivamente ade- — Transportadores de energía química (ATP). nosina (A), guanosina (G), citidina (C), timidina (T) y uridina (U). — Componentes de los ácidos nucleicos (la más caracte- Los nucleótidos correspondientes son respectivamente AMP rística). (adenosín monofosfato), GMP, CMP, UMP, dTMP (desoxitimi- — Componentes de coenzimas (NAD,FAD) y efectores din monofosfato) y sus formas di- y trifosfato. Los nucleótidos tienen carga negativa y carácter ácido a pH alostéricos por sí mismos. fisiológico por su grupo fosfato. — Mediadores fisiológicos (AMPc). 69
- 13. NUCLEOTIDOS. METABOLISMO YVIAS DE SINTESIS BIOSINTESIS 11 Nucleótidos de purina Los nucleótidos: Sobre la ribosa-5-fosfato se construye el doble anillo de pu- 1. Tienen cargar positiva. rina en el que intervienen glicina, aspartato, un CO2, el formia- 2. Se unen por enlaces covalentes 3'----5' para formar los ácidos to y la amida de la glutamina. nucleicos. 5-fosfato de ribosa (PR)→pirofosfato de PR (PRPP)→1--- 3. Resultan de la fosforilación de las bases nitrogenadas. PRA (fosforribosilamina)→ácido inosínico (IMP) 4. Se unen por enlaces glucosídicos para formar los ácidos nuclei- IMP—-2—-AMP (ácido adenílico) cos. 5. De pirimidina participan todos en el DNA. IMP—-3—-GMP (ácido guanílico) El AMP inhibe los pasos 1y 2. El GMP inhibe los pasos 1 y 3. 12 Pirimidinas Con respecto a los nucleótidos de pirimidina no es cierto que: El anillo se sintetiza a partir de aspartato y carbamilfosfato, 1. El anillo se sintetiza a partir de aspartato y carbamilfosfato. unión catalizada por la aspartato transcarbamilasa. El carba- 2. El enzima regulador de la síntesis es la carbamilfosfato sinteta- milfosfato, a diferencia del necesario para el ciclo de la urea, sa. se sintetiza en el citosol y no en la mitocondria. El primero en 3. En el DNA no hay uracilo. sintetizarse es el UMP—-UTP—-CTP. El CTP, último producto 4. El carbamilfosfato proviene del citosol. 5. Uno de los principales inhibidores alostéricos en la síntesis es de esta cadena, es el inhibidor alostérico de la enzima regula- el CTP. dora de esta ruta, la aspartatotranscarbamilasa. DEGRADACION DE LAS PURINAS 13 En la composición de los ácidos nucleicos es cierto que: En humanos conduce al ácido úrico. 1. Son largos polímeros de nucleótidos unidos por enlaces gluco- AMP→adenosina→inosina→hipoxantina (base purínica del sídicos. nucleósido inosina). 2. En el DNA el azúcar es una hexosa. GMP→guanosina→-guanina→xantina. 3. El ácido guanílico es un nucleósido de purina. HIPOXANTINA—-(A)→-XANTINA—-(B)→ACIDO URICO. 4. Los nucleótidos por sus componentes nitrogenados tiene pH Los pasos A y B están catalizados por la xantín-oxidasa, en- básico. zima que se inhibe por el alopurinol, de eficacia clínica en el 5. DNA y RNA están compuestos por pentosas. tratamiento de la hiperuricemia. Tanto la guanina como la hipoxantina pueden recuperarse 14 para la síntesis de AMP y GMP gracias a la enzima HGPRT (hi- Con respecto a los nucleótidos de purina no es cierto que: poxantina-guanina-fosforribosiltransferasa), que les une la ribo- sa fosfato del PRPP. Esta es la vía de recuperación de los nucle- 1. Son necesariospara su sintesis glicina, aspartato, glutamina y ótidos de purina. El déficit de esta enzima condiciona el síndro- formiato. 2. AMP y GMP son los principales inhibidores altéricos de su sín- me de Lesch-Nyhan, con retraso mental y automutilaciones. tesis. 3. El síndrome de Lesch-Nyhan esta causado por un defecto enzi- mático en la degradación de las purinas. 4. El uracilo no interviene en su composición. 5. El ácido úrico es el producto final de su degradación. 15 Con respecto a la composición de los ácidos nucleicos es cierto que: 1 El ácuido adenílico es un nucleósido. 2 Citosina es un nucleótido. 3 Timidina interviene en la composición del RNA. 4 UMP es un nucleótido de pirimidina. 5 Citosina es una base de doble anillo. RESPUESTAS: 11: 2; 12: 2; 13: 5; 14: 3; 15: 4. 70
- 14. Capítulo IV LIPIDOS . PROPIEDADES METABOLICAS . HORMONAS ESTEROIDEAS Indice Composición y propiedades Clasificación Dra. MARTA MATEO MORALES COMPOSICION Y PROPIEDADES Difieren unos de otros en la longitud de la cadena y en la presencia y el número de dobles enlaces que presentan. Los lípidos son sustancias orgánicas insolubles en agua, Podemos encontrar dos tipos de ácidos grasos: grasa o aceitosas que pueden extraerse de los tejidos y de las células mediante disolventes no polares, como el éter o el clo- Saturados roformo. Existen cinco tipos principales de lípidos: Triacilglicéridos, Sólo poseen enlaces simples, no dobles enlaces; son sus- Ceras, Fosfolípidos, Esfingolípidos y Esteroles. tancias sólidas de consistencia cérea; son moléculas flexibles, Así como los aminoácidos son los componentes básicos de con gran libertad de rotación alrededor de los enlaces simples. las proteínas, los ácidos grasos son los sillares principales de la mayoría de los lípidos. Son ácidos orgánicos de cadena lar- Principales ácidos grasos saturados: láurico, palmítico, esteári- ga, que poseen entre 4 y 22 átomos de carbono, tienen un solo co, araquínico. grupo carboxilo y una cola no polar hidrocarbonada que hace que la mayoría de los lípidos sean insolubles en agua. Insaturados Los ácidos grasos no aparecen en forma libre en las células o los tejidos, sino que se encuentran unidos de forma covalen- Poseen uno o más dobles enlaces en su cadena, son líqui- te formando parte de los distintos lípidos de los que pueden li- dos a temperatura ambiente; son moléculas rígidas con poca berarse por hidrólisis química o enzimática. libertad de rotación por la existencia de dobles enlaces. 71
- 15. 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 H GLICERINA O O O C=O C=O C=O CH2 CH2 CH2 RESIDUOS DE PALMITOILO CH2 CH2 CH2 TRIPALMITINA FOSFOGLICERIDOS NH3 ALCOHOL CH2 CH2 O O P O- AC. FOSFORICO O H CH2 GLICERINA H C C H O O C=O C=O AC. GRASOS CH2 CH2 Fig. 3. Lípidos. 72
- 16. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 Principales ácidos grasos insaturados: palmitoleico, oleico, linoleico, linolénico y araquidónico. 16 Los dobles enlaces de la mayoría de los ácidos grasos insa- Respecto a los ácidos grasos, qué es falso: turados que existen se encuentran en configuración geométri- ca cis. 1. Son solubles en disolventes polares. 2. No aparecen en forma libre sino unidos por puentes de hidróge- Los ácidos grasos diluidos en KOH o en NaOH se transfor- no formando parte de los distintos lípidos. man en jabones en el proceso conocido como saponificación 3. Son ácidos orgánicos con grupo carboxilo y cola no polar hidro- del que se obtienen jabones, que son las sales de los ácidos carbonada. grasos y glicerina. 4. Forman parte de triglicéridos, fosfolípidos y esfingolípidos. 5. Diluídos en KOH se transforman en jabones. CLASIFICACION Triacilglicéridos 17 También conocidos como grasas neutras. Son ésteres del al- ¿Cuál de los siguientes ácidos grasos son saturados?: cohol glicerina con tres moléculas de ácido graso. Existen mu- chas clases de triglicéridos, dependiendo de la identidad y de la 1. Palmítico y Láurico. 2. Araquidónico. posición de los tres ácidos grasos que esterifican la glicerina. 3. Palmítico y Araquidónico. 4. Linoleico y Oleico. Triacilglicéridos simples 5. Linoleico y Linolénico. Contienen una sola clase de ácido graso en las tres posicio- nes de la glicerina. Ej. triestearoglicerina, formada por ácido esteárico, o tripalmitoilglicerina, formada por ácido palmítico. 18 Triacilglicéridos mixtos ¿Qué es cierto sobre los lípidos polares?: Contienen dos o más ácidos grasos diferentes. 1. Son: triglicéridos, fosfolípidos y esfingolípidos. 2. Siempre forman micelas en un medio acuoso. Los triacilglicéridos o triglicéridos son los componentes prin- 3. Son las ceras y los triglicéridos. cipales del depósito graso en las células animales y en las 4. Son los fosfolípidos, esfingolípidos y esteroides. plantas y normalmente no se encuentran en las membranas. 5. Sólo son los esteroides. Son moléculas no polares, hidrofóbicas que no contienen grupos funcionales con carga o de polaridad elevada. Ceras 19 Son ésteres de ácidos grasos y alcoholes de cadena larga. El ácido fosfatídico está formado por: Son segregadas por las glándulas de la piel como recubrimien- 1. Alcohol + ATP. to protector para mantener la piel flexible, lubricada e imper- 2. Glicerina + ATP + 2 ácidos grasos. meable. 3. Glicerina + Ac. Fosfórico + 2 ác. grasos. 4. Esfingomielina + ác. Fosfórico. Fosfolípidos 5. ADN + Ac. graso + ac. fosfórico. A diferencia de los triglicéridos, son lípidos polares. Su pa- pel fundamental es el de elementos estructurales de las mem- branas. 20 Están constituidos por dos moléculas de ácido graso, una ¿Cuál de los siguientes no es un fosfolípido: molécula de glicerina, que es esterificada por los dos ácidos grasos en los grupos hidroxilo 1 y 2, y por el ácido fosfórico en 1. Cardiolipina. su 3.er grupo hidroxilo: formando el Acido Fosfatídico, y una 2. Fosfatidilcolina. 3. Fosfatidilserina. segunda molécula de alcohol que queda localizado en la cabe- 4. Gangliósidos. za polar del fosfotípido. 5. Fosfatidilinisitol. Los distintos tipos de fosfolípidos se designan según el al- cohol situado en la cabeza polar, así tenemos: fosfoglicéridos, fosfatidiletanolamina o fosfatidilcolina que presentan los alco- RESPUESTAS: 16:2; 17:1; 18: 4; 19: 3; 20: 4. holes: glicerina, etanolamina y colina respectivamente (fig. 3). 73
- 17. LIPIDOS. PROPIEDADES METABOLICAS.HORMONAS ESTEROIDEAS Esfingolípidos Cuando contienen un grupo alcohol se llaman esteroles; el Lípidos componentes de membrana, compuestos por una principal de ellos es el colesterol, su molécula posee una parte molécula de ácido graso de cadena larga, una molécula de es- polar constituida por un grupo hidroxilo en posición 3 y una fingosina (aminoalcohol de cadena larga) y un alcohol. parte no polar constituida por el resto de la molécula. Existen tres tipos de esfingolípidos: Más adelante se describe su metabolismo, funciones y vías de síntesis. Esfingomielinas Lípidos polares y no polares Contienen fosfocolina o fosfoetanolamina, pueden incluirse dentro de los fosfolípidos, pues contienen fósforo en su molé- — No polares: triglicéridos y ceras. cula. Función, constituyen la cubierta de mielina de las células — Polares: fosfolípidos, esfingolípidos y esteroides. nerviosas. Los lípidos polares en medio acuoso se dispersan espontá- Cerebrósidos neamente formando: El grupo polar de su cabeza está formado por una o más uni- dades de azúcar. Los cerebrósidos también son llamados glu- Micelas coesfingolípidos; ejemplos de los mismos son: Estructura en la que las colas hidrocarbonadas de los lípidos quedan ocultas al entorno acuoso y las cabezas hidrofílicas — Glucocerebrósidos, se encuentran profusamente ex- quedan expuestas al mismo. tendidos en la capa externa de las membranas celula- res. Monocapas — Galactocerebrósidos, presentes en las membranas de las células cerebrales. Estructura en la que las colas hidrófobas quedan expuestas al aire, evitando de esta manera el contacto con el agua, las Gangliósidos cabezas hidrofílicas se extienden en la fase acuosa. Poseen como cabeza polar oligosacáridos muy completos que contienen por lo menos un residuo de N-Acetil neuramíni- Bicapa co (ácido siálico), son especialmente abundantes en las termi- Separan dos compartimientos acuosos, las estructuras hi- naciones nerviosas y en los receptores hormonales de las su- drocarbonadas se extienden hacia el interior desde las dos su- perficies celulares. perficies para formar un núcleo hidrocarbonado interno y las cabezas hidrofílicas se encaran hacia el exterior y se extienden Esteroides hacia la fase acuosa. Moléculas liposolubles, con cuatro anillos condensados, la Cuando la bicapa es continua se forma una vesícula cerrada molécula recibe el nombre de ciclopentanoperhidrofenantreno. llamada liposoma. 74
- 18. Capítulo V ENZIMAS . CINETICA Y PROPIEDADES Indice Definición y propiedades Inhibición enzimática Cinética enzimática Dra. MARTA MATEO MORALES DEFINICION Y PROPIEDADES se llama simplemente Coenzima; muchas vitaminas desempe- ñan esta función. Conceptos generales Son macromoléculas de carácter proteico, el 99% son pro- Inorgánica teínas globulares y el resto RNAs catalíticos, capaces de cata- Iones metálicos como el Zn, Fe. También pueden unirse co- lizar una reacción química aumentando la velocidad de la reac- valentemente llamándose Metaloenzimas, o no covalentemen- ción, sin modificar la Ke (constante de equilibrio), dotadas de te y se llaman Activadores metálicos. una gran especificidad respecto a su sustrato, que actúan sin degradarse ni producir subproductos y que son eficaces a con- Isoenzima centraciones muy pequeñas comparadas con las de los reac- cionantes. Diferentes formas estructurales de una enzima que catalizan una misma reacción. Composición Se originan en diferentes tejidos y tienen distinta secuencia Algunas enzimas están compuestas sólo por polipéptidos, de aminoácidos. Se diferencian por las distintas propiedades otros requieren un componente no proteico llamado Cofactor, cinéticas (pH, Km, Vmáx ) y electroforéticas. que puede ser de naturaleza: CINETICA ENZIMATICA (fig. 4) Orgánica Se encarga del estudio de la velocidad de una reacción enzi- En cuyo caso se denomina coenzima, que a su vez puede es- mática y de los factores que la modifican; éstos son: tar unido covalentemente a la enzima y se le denomina Grupo prostético. O puede estar unido no covalentemente la enzima y — La propia concentración de la enzima. 75
- 19. ENZIMAS. CINETICA YPROPIEDADES Km 1 Pendiente = Y= Vmax Vo 1 Vmax 1 1 X= (S) Km 1,0 Vmax ORDEN 0 Vo ORDEN MIXTO 0,5 ORDEN 1 (S) Fig. 4. Cinética enzimática. — La presencia de inhibidores, ya sean competitivos o La relación que existe entre la velocidad de una reacción y no competitivos. la concentración de sustrato viene representada por una curva — La concentración de sustrato. hiperbólica cuya expresión algebraica es la ecuación de Mi- — La temperatura y el pH óptimos de esa enzima. chaelis -Menten: Vo = Vmáx * (Sustr) / Km + (Sust). 76
- 20. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 En la que Vo es la velocidad inicial de la reacción, Km es la concentración de sustrato con la que obtenemos la mitad de 21 la velocidad máxima y Vmáx es la velocidad hacia la que se Señalar la opción correcta sobre los Isoenzimas: tiende cuando la concentración de sustrato es infinitamente elevada. 1. Son enzimas que catalizan exclusivamente reacciones irreversi- bles. En esta curva podemos distinguir tres tramos: 2. Siempre tienen un ión metálico en su molécula. 3. Son enzimas con propiedades diferentes que catalizan la misma Tramo de Orden 1 reacción. 4. Son enzimas iguales que catalizan distintas reacciones. Corresponde a la primera parte de la curva, a pequeñas con- 5. Conjunto de enzimas con el ph isoeléctrico. centraciones de sustrato, la velocidad de la reacción es direc- tamente proporcional a la concentración de sustrato 22 Tramo de Orden Mixto En una reacción enzimática, un inhibidor competitivo: Es el tramo siguiente, aquí la velocidad de la reacción de- 1. Aumenta la Vmax. pende de la concentración del complejo enzima-sustrato. 2. Disminuye la Vmax. 3. Disminuye la Km. Tramo de Orden 0 4. Aumenta la Km y disminuye la Vmax. 5. Aumenta la Km. A concentraciones altas de sustrato se obtiene un valor má- ximo de la velocidad que es constante e independiente de la concentración de sustrato, pues corresponde a la fase de satu- 23 ración de la enzima. Transformación lineal de la ecuación de Michaelis-Menten, ¿Qué es falso sobre los inhibidores no competitivos?: es la ecuación de Lineweaver-Bur, o ecuación de los dobles re- 1. No modifican la Km. cíprocos: 1/Vo = Km/Vmáx * 1/(S) + 1/Vmáx. 2. Disminuyen la Vmax de la reacción. Es la ecuación de una recta del tipo: y = ax + b, donde la 3. Se unen a la enzima en el mismo sitio al qu se une el sustrato. pendiente de la recta, es decir : a = Km/Vmáx. b = 1/Vmáx. y el 4. Su efecto no se aminora aumentando la concentración de sus- valor de x =1/(S). trato. 5. Todas son falsas. INHIBICION ENZIMATICA (fig. 5) Las enzimas tienen un sitio activo o catalítico, lugar donde 24 se unen con el sustrato cuya reacción química van a catalizar. Señalar la opción correcta acerca de los grupos prostéticos: Las enzimas pueden ser inhibidas por unos compuestos llama- dos inhibidores que pueden ser de dos tipos: 1. Porción no proteica de una enzima de naturaleza inorgánica. 2. Porción proteica de una proteína globular. 3. Porción no proteica de una proteína conjugada. Reversibles 4. Sinónimo de Isoenzima. A su vez se subdividen en dos grupos: 5. Sinónimo de Coenzima. Competitivo Compite con el sustrato por la unión en el sitio activo, no 25 modifica la velocidad máxima de la reacción pero aumentan su ¿Qué es falso sobre los enzimas?: Km. Su efecto puede aminorarse aumentando la cantidad de sustrato. 1. La mayoría son proteínas globulares. 2. Aumentan la velocidad de la reacción. 3. No se degradan. No Competitivo 4. Tienen especificidad respecto al sustrato. 5. Modifican la Ke, constante de equilibrio de la reacción. Se une a la enzima en un sitio distinto al que se une el sus- trato, al unirse a la enzima altera su conformación e inactiva el sitio catalítico; a diferencia del anterior, éste no modifica la RESPUESTAS: 21: 3; 22: 5; 23: 3; 24: 3; 25: 5. Km pero disminuye la velocidad máxima de la reacción. 77
- 21. ENZIMAS. CINETICA YPROPIEDADES 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 que a este tipo de inhibición se le llame algunas veces inacti- vación. La enzima y el inhibidor están unidos covalentemente o permanentemente; estas enzimas quedan inactivadas, de ahí 78
- 22. Capítulo VI VITAMINAS Indice Conceptos generales Clasificación Dr. MARTA MATEO MORALES CONCEPTOS GENERALES CLASIFICACION Las vitaminas son micronutrientes, es decir, sustancias que Vitamina B1 o Tiamina se necesitan en la dieta humana en cantidades de miligramos Función: decarboxilación de cetoácidos, ej. piruvato deshi- o microgramos por día. Este término sirve para diferenciarlos drogenasa. Patogenia: incapacidad para oxidar el piruvato en de los macronutrientes, como los carbohidratos, las proteínas y el cerebro. Su déficit produce el beriberi: que afecta al SNC las grasas, que se necesitan en cantidades de centenares o al con un síndrome de Wernicke-Korsakoff y polineuropatía. menos docenas de gramos al día. En la actualidad se conocen 13 vitaminas diferentes, que se necesitan en la dieta humana y Vitamina B2 o Riboflavina de muchas especies de animales para un desarrollo normal. Interviene en reacciones de oxidación reducción, en forma Las vitaminas se dividen en dos clases: hidrosolubles y lipo- de FAD o FMN. Suele disminuir en embarazadas y durante pe- solubles. Las vitaminas hidrosolubles incluyen a la tiamina, la ríodos de crecimiento. Su déficit cursa con edema e hiperemia riboflavina, el ácido nicotínico, el ácido pantoténico, la pirido- de mucosa faríngea y oral, dermatitis seborreica y anemia nor- xina, la biotina, el ácido fólico, la vitamina B12 y el ácido as- mocítica y normocrómica. córbico. Se conoce la función de coenzima de casi todas ellas. Se entiende por coenzima toda sustancia orgánica que forma Acido nicotínico o Niacina parte del componente no proteico de una enzima. Interviene en reacciones de oxidación reducción como NAD Las vitaminas liposolubles son las vitaminas: A, D, K y E. o NADP. Su déficit produce pelagra, que cursa con diarrea, de- Son sustancias aceitosas que no se disuelven bien en agua mencia, dermatitis y en último extremo muerte. Es una enfer- y cuyas funciones no están bien comprendidas. medad muy frecuente en países que sólo toman maíz. Además de estas vitaminas bien establecidas, existen otras sustancias que se necesitan por unas pocas especies pero que Acido Pantoténico no se consideran generalmente como vitaminas. Se hallan en- Es el coenzima A. Transporta grupos acilos mediante enla- tre ellas la carnitina, el inositol y el ácido lipoico ces tioéster. 79
- 23. VITAMINAS Vitamina B6 opiridoxina Interviene en la transferencia de grupos amino, papel impor- 26 tante en el metabolismo de los aminoácidos (recordar las tran- saminasas), el fosfato de piridoxal actúa como transportador ¿Qué proteína interviene en procesos de Carboxilación, como el catali- transitorio intermedio del grupo amino. zado por la Piruvato Carboxilasa?: 1. Biotina. Biotina 2. Vitamina K. Interviene en reacciones de carboxilación, como en el paso 3. Vitamina B12. catalizado por la piruvato carboxilasa. La avidina, sustancia 4. Acido Fólico. presente en la clara de huevo, puede ligar biotina e impedir su 5. Vitamina A. absorción. Acido Fólico y vitamina B12 27 Acido Fólico ¿Cuál de las siguientes vitaminas no es hidrosoluble?: Interviene en la síntesis de novo de los folatos. Su forma co- enzimática es el tetrahidrofolato, al cual llegamos tras el paso 1. Riboflavina. de dihidrofolato a tetrahidrofolato, que es catalizado por la 2. La vitamina que carboxila al ácido glutámico. dihidrofolato reductasa. Esta enzima es inhibida por el metotre- 3. Piridoxina. xate, que de esta forma impide la síntesis de DNA. 4. Tiamina. 5. 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 28 nombre indica es necesaria para transferir grupos metilo. Se necesita en la vía de síntesis de novo de folatos. El enzima Piruvato Deshidrogenasa tiene como Coenzima: El déficit de cualquiera de ellas produce: anemia megalo- blástica, alteraciones digestivas como queilosis, glositis y dia- 1. Riboflavina. rrea. Las alteraciones digestivas son más graves en el déficit 2. Niacina. de ácido fólico. 3. Tiamina. La disminución de vitamina B12 produce además alteracio- 4. Ac. Pantoténico. nes neurológicas, como degeneración medular de cordones 5. Biotina. posteriores y laterales. Vitamina C 29 Interviene en reacciones de oxidación reducción. Hidroxila la prolina, que pasa a hidroxiprolina: proteína que El Metotrexate, inhibe la síntesis de DNA, al inhibir la enzima: se encuentra sobre todo en el colágeno. Su déficit produce Es- 1. Piruvato Cobalaminasa. corbuto: caracterizado por rotura de capilares, caída del pelo, 2. Lactato Deshidrogenasa. equimosis, hematomas, insuficiente cicatrización de las heri- 3. Dihidrofolato Kinasa. das y alteraciones óseas. 4. Piruvato Carboxilasa. 5. Dihidrofolato Reductasa. Vitamina E Actúa como antioxidante, evita la oxidación de los lípidos de membrana y otras estructuras. 30 Vitamina K En la enfermedad de las tres D, se sabe a un déficit de la enzima: Carboxila el ácido glutámico y el grupo carboxilo que incor- 1 Coenzima A. pora se encarga de fijar calcio, de ahí su importancia en proce- 2 Piridoxina, pues no se transfieren los grupos amino. sos como la coagulación. 3 Niacina. 4. Ac. Fólico. Vitamina A 5. Vit. A. Interviene en funciones como la visión, el crecimiento o la reproducción. Su déficit produce: xerolftalmía, xerostomía, de- RESPUESTAS: 26: 1; 27: 2; 28: 3; 29: 5; 30: 3. generación retiniana, e hiperqueratosis y sequedad de piel. 80
- 24. Capítulo VII METABOLISMO DE GLUCOSA Y GLUCOGENO Indice Glucólisis. esquema y características Ciclo de Cory Destinos metabólicos del piruvato Glucogenogénesis Gluconeogénesis Dra. MARTA MATEO MORALES GLUCOLISIS: ESQUEMA Y CARACTERISTICAS Glucoquinasa y Hexoquinasa Son dos enzimas capaces de fosforilar la glucosa a 6P Glucosa. Proceso mediante el cual la molécula de glucosa se degrada enzimáticamente a través de una secuencia de 10 reacciones Glucoquinasa para dar lugar a 2 moléculas de piruvato, que poseen cada una Sólo actúa cuando la concentración en sangre de glucosa es 3 átomos de carbono. Durante la glucólisis gran parte de la bastante elevada, es exclusiva del hígado, es específica de la energía libre de la glucosa se conserva en forma de ATP. D Glucosa, no se inhibe por el 6P de glucosa y posee una Km La glucólisis es anaerobia, en ella no se consume oxígeno. para la glucosa mayor que el de la Hexoquinasa. Se realiza, bien cuando escasea el oxígeno, como en el ejer- cicio intenso; o bien como paso intermedio para entrar des- Hexoquinasa pués en el ciclo de Krebs desde el Piruvato (tabla II). Localización: Intracelular, el citosol. Está en numerosos tejidos, no es específica para la glucosa, Las Fases 1, 2, 3 son preparatorias, reúnen todos los azúca- es inhibida por el 6p de glucosa y tiene una Km menor que el res sencillos y los convierten en moléculas de Gliceraldehído. de la Glucoquinasa. Constituyen la primera parte. Fosfofructoquinasa Reacciones Irreversibles Segundo punto de control de la Glucólisis, es una enzima re- De las 10 reacciones descritas en la tabla II, 3 son irreversi- guladora que se acelera cuando disminuye el ATP o cuando bles y corresponden a las reacciones catalizadas por las si- existen en exceso AMP o ADP, se inhibe con el citrato o los guientes enzimas: ácidos grasos. 81
- 25. METABOLISMO DE GLUCOSAY 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 Fosfofructoquinasa Irreversible IV. 1.6 Difosfato de D Fructosa 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 Irreversible X. 2 x Piruvato. Piruvato Quinasa ción 6 y 2 ATP en la reacción 9. Balance de NADH+ Es inhibida por el ATP, Acetil CoA, ácidos grasos de cadena larga y la Piruvato Deshidrogenasa para evitar que se sobre- Se producen 2 moléculas en la reacción 5. cargue el ciclo de Krebs. Balance Global de la Glucólisis Glucosa + 2pi + 2 ADP + 2 NAD+ ——- 2 Piruvato + 2 ATP + Reacciones de Fosforilación a Nivel de Sustrato 2 NADH + 2 H + 2 H2O. Están implicadas las reacciones: 5 (oxidación de Gliceralde- hído a 1,3 Difosfoglicerato. Y la 6, en la cual se recoge la ener- gía de activación en forma de ATP. DESTINOS METABOLICOS DEL PIRUVATO Con la reacción número 5 se inicia la segunda parte de la glucólisis, que termina con la formación de dos moléculas de Fermentación a Acido Láctico Piruvato. En el músculo esquelético, que se contrae vigorosamente, llega un momento en que el piruvato formado a partir de la Balance de ATP glucosa no puede oxidarse más por falta de oxígeno. En estas En la primera parte se consumen 2 ATP. condiciones el Piruvato formado en la glucólisis se reduce a En la segunda parte se producen 4 ATP: 2 ATP en la reac- Lactato. Este proceso es la llamada glucólisis anaerobia y 82
- 26. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 constituye una importante fuente de ATP cuando se registra una actividad física intensa. 31 En el proceso se producen 2 moléculas de ATP por cada glu- ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el metabolismo de los car- cosa que se degrada. La ecuación sería: bohidratos es correcta?: Glucosa + pi + 2 ADP ——— 2 Lactato + 2 ATP + 2 H2O 1. La degradación glucolítica de la glucosa a piruvato es un pro- ceso aerobio. Entrada en el ciclo del Acido Cítrico 2. El producto final de la glucogenolisis en el músculo es la glu- El Piruvato formado en la Glucólisis se oxida, a continuación cosa libre. pierde su grupo carboxilo en forma de C02 y origina el grupo 3. El principal sustrato para la gluconeogénesis en los tejidos acetilo del Acetil-CoA, que entra en el ciclo de Krebs: animales es el Acetil-CoA. 4. El lactato formado en la glucolisis se utiliza como sustrato en 2 Piruvato + O2 ————— 2 Acetil-CoA + 2 CO2 la síntesis de glucosa. 5. Todas las afirmaciones anteriores son correctas. Proceso catalizado por la Piruvato Deshidrogenasa. 32 Fermentación Alcohólica Respecto a la Glucokinasa, ¿qué es cierto?: En esta tercera vía el piruvato conduce a etanol, es caracte- 1. Se encuentra en numerosos tejidos. 2. Cataliza una de las reacciones reversibles de la glucólisis, el rístico de algunos microorganismos como las levaduras. paso de D. Glucosa a 6PD. Fructosa. 3. Es inhibida por al Glucosa 6 Fosfato. GLUCONEOGENESIS 4. Es específica de la D. Glucosa. 5. Es una enzima mitocondrial. Formación de carbohidratos a partir de precursores distintos 33 a los carbohidratos. — Localización: parte en la mitocondria, parte en el cito- ¿Cúal de las siguientes enzimas cataliza una reacción reversible?: sol. 1. Glucokinasa. — Organos principales donde se produce: Hígado 90%; 2. Fosfofructokinasa. Riñón el 10%. 3. Fosfogliceratokinasa. 4. Piruvatokinasa. Sustratos 5. Hexokinasa. En hígado 34 Lactato, piruvato, glicerol, alanina y la mayoría de los pre- El Piruvato obtenido en la glucolisis puede seguir los siguientes desti- cursores del ciclo de Krebs. nos, excepto: 1. Fermentar a etanol mediante levaduras. Corteza renal 2. Incorporarse al ciclo de Krebs, oxidándose y decarboxilándose Lactato, piruvato, glicerol y glutamina. para dar AcetilCoA, reacción mediada por la Piruvato Carboxi- lasa. Aunque la mayoría de los precursores del ciclo de Krebs sir- 3. Pasar a Lactato, produciendo 2 moléwculas de ATP. ven como sustrato para la gluconeogénesis, conviene destacar 4. Incorporarse a la gluconeogénesis, tanto en hígado como en que no puede sintetizarse Glucosa a partir de Acetil CoA. ya corteza suprarrenal. que el paso regulado por la Piruvato Deshidrogenasa es irre- 5. Incorporarse al ciclo de Krebs, oxidándose y descarboxilándo- versible. La reacción es: Piruvato ———- Acetil-CoA. se para dar AcetilCoA, reacción mediada por la Piruvato Deshi- Existe un importante paralelismo entre la Glucólisis y la Glu- drogenasa. coneogénesis, de hecho siete reacciones enzimáticas de la 35 Glucólisis intervienen también en la Gluconeogénesis, pues En la Gluconeogénesis es cierto: son reversibles con facilidad. Pero tres de las etapas de la Glu- cólisis son esencialmente irreversibles (como se vio en el apar- 1. El órgano donde tiene lugar fundamentalmente es el músculo. tado anterior) y deben ser sustituidas por un conjunto alternati- 2. Es un proceso exclusivamente mitocondrial. vo de reacciones cuyas enzimas son (fig. 6): 3. El principal sustrato es el AcetilCoA. 4. El coenzima de la Piruvato Carboxilasa es la Biotina. 5. La Fructosa 1,6 Bifosfatasa regula el paso de Piruvato a Oxala- Enzimas propias de la gluconeogénesis cetato. Piruvato Carboxilasa Regula el paso de Piruvato a Oxalacetato. Esta reaccion tie- RESPUESTAS: 31: 4; 32: 4; 33 3; 34: 2; 35: 4. ne lugar en la mitocondria. 83
- 27. METABOLISMO DE GLUCOSAY GLUCOGENO CICLO DE CORY HIGADO SANGRE MUSCULO Glucosa Glucosa Glucosa Glucosa GP Glucógeno Gluconeogénesis Glucólisis Piruvato Piruvato Lactato Lactato Lactato GLUCONEOGENESIS 1 2. Piruvato Fosfoenol piruvato Piruvato carboxilasa 2 2. Fosfoenolpiruvato 2.2 fosfoglicerato Enolasa 3 2.2 Fosfoglicerato 2.3 Fosfoglicerato Mutasa 4 2.3 Fosfoglicerato 2.1.3. Difosfoglicerato Fosfoglicerato quinasa 5 2.1.3.Difosfoglicerato 2.3 Fosfato de gliceraldehído Deshidrogenasa 6 2.3 Fosfato de gliceraldehído 1.6 Difosfato de D. fructosa Aldolasa 7 1.6 Difosfato de D. fructosa 6 P de D. fructosa Fructosa 1.6 bifosfatasa 8 6 P de D. fructosa 6 P de glucosa Fosfoglucoisomerasa 9 6 P de glucosa D. glucosa Glucosa 6 fosfatasa Fig. 6. Ciclo de Cory y gluconeogénesis. El Oxalacetato formado sale al citosol y por acción de la De este modo se supera el primer paso irreversible de la Fosfoenolpiruvato Carboxiquinasa se transforma en Fosfoenol- Glucólisis, donde es catalizado por la Piruvato Quinasa, que piruvato. controla el paso de Fosfoenolpiruvato a Piruvato. Requiere: ATP, GTP y el coenzima Biotina. El Acetil CoA es su modulador positivo. Fructosa 1,6 Bifosfatasa Regula la segunda reacción irreversible permite el paso de: Piruvato —- Oxalacetato —- Fosfoenolpiruvato Piruv. Carboxilasa. Fosfpir. Carbox.Quinasa - 1,6 Fructosa Bifosfato a ———- Fructosa 6 Fosfato. 84
- 28. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 Este paso se corresponde con el paso catalizado por la Fos- fofructoquinasa en la Glucólisis. 36 El Citrato es su modulador positivo, el AMP y la Fructosa 2,6 Respecto al glucógeno del músculo, qué es cierto: Bifosfato son los moduladores negativos. 1. Es una fuente inmediata de glucosa para la sangre. 2. Se sintetiza en el propio tejido a partir de lactato y otros sustra- Glucosa 6 Fosfatasa tos glucogenéticos. 3. No puede transformarse en glucosa libre por falta de Glucosa 6 Esta enzima se encuentra principalmente en el hígado y en fosfatasa en este tejido. menor proporción en el riñón. Es importante señalar que está 4. Todo lo anterior es falso. 5. Todo lo anterior es verdadero. ausente en tejidos como el músculo o los eritrocitos, pues la ausencia de esta enzima hace que el producto final de la Glu- cogenólisis en estos tejidos sea Glucosa 6 Fosfato y no Gluco- 37 sa libre. ¿Cuál de los siguientes compuestos es un buen sustrato para la gluconeo- La reacción es la siguiente: génesis en el hígado humano?: Glucosa 6 Fosfato ————- Glucosa 1. Lactato. 2. Acidos grasos libres. Sus moduladores son los mismos de la enzima anterior . 3. Acetoacetato. 4. Betahidroxibutirato. En la glucólisis la reacción en sentido contrario es cataliza- 5. Acetilcoa. da por las enzimas: Glucoquinasa y Hexoquinasa. Balance Energético 38 2 Piruvatos + 4 ATP + 2 GTP + 2 NADH + 2 H+ + 2 H2O En la síntesis del glucógeno el donador de las unidades de glucosa al glu- cógeno cebador es: Glucosa + 4 ADP + 2 GDP + 6 Pi + 2 NAD+ . 1. Glucosa-1-P. 2. Glucosa-6-P. CICLO DE CORY (fig. 6) 3. Maltosa-1-P. 4. GMP-glucosa. Este ciclo consiste en un reciclaje continuo de carbonos de 5. UDP-glucosa. glucosa entre el músculo (y otros órganos formadores de lacta- to) y el hígado. 39 El Lactato, formado en el músculo en condiciones anaeróbi- ¿Qué es falso sobre la Gluconeogénesis?: cas, pasa a la sangre, de aquí al hígado, donde pasa a piruvato y éste a través de la gluconeogénesis pasa a glucosa. Ya he- 1. Su actividad aumenta en situaciones como el ayuno o la diabe- tes. mos comentado antes que el músculo no forma glucosa desde 2. Es inhibida por la Insulina. glucógeno por carecer de la enzima Fosfatasa de la Glucosa 3. Es activada por el glucagón y las catecolaminas. (tabla II)I (fig. 6). 4. No es funcionante en la etapa fetal. 5. Tiene lugar unicamente en el hígado. GLUCOGENOGENESIS 40 Reacciones: La intolerancia a la fructosa produce hipoglucemia uando se ingiere fruc- tosa, porque: — Glucosa ——— Glucosa 6 Fosfato. Enzima: Hexoqui- nasa o Glucoquinasa. 1. Se inhibe la gluconeogénesisa nivel de la Fructosa 1-6 bifosfato aldolasa. — Glucosa 6 Fosfato ——— Glucosa 1 Fosfato. Enzima: 2. Se inhibe la Glucosa 6 fosfatasa. Fosfoglucomutasa. 3. Se inhibe la síntesis de glucógeno. — Glucosa 1 Fosfato + UTP ——— UDP Glucosa + PPi. 4. La fructosa no llega a fosforilarse. Enzima: Transferasa Uridil 1 Fosfato. 5. Disminuye la disponibilidad de sustratos gluconeogenéticos. — La Sintetasa del Glucógeno une residuos y crea enla- ces 1,4. RESPUESTAS: 36: 3; 37: 1; 38: 5; 39: 5; 40: 1. — La Transferasa del Glucógeno crea enlaces 1,6. 85
- 29. METABOLISMO DE GLUCOSAY 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
- 30. Capítulo VIII CICLO DE KREBS . VIA DE LAS PENT OSAS FOSFAT O . CADENA RESPIRAT ORIA Indice CIiclo del ácido cítrico Cadena de transporte electrónico Vía de las pentosas fosfato Dra. MARTA MATEO MORALES CICLO DEL ACIDO CITRICO (fig. 7) El ciclo del ácido cítrico se lleva a cabo en la mitocondria, donde las enzimas se encuentran de forma ordenada y próxi- Mecanismo metabólico cíclico en virtud del cual se logra la mas a las de la cadena respiratoria, lo que favorece el acopla- oxidación completa de la función acetilo del Acetil-Coa que miento entre el ciclo y la cadena. rinde CO2 y átomos de hidrógeno ricos en energía que pasarán Algunas enzimas son extramitocondriales: aconitasa, fuma- a la cadena respiratoria, y se unirán con el O2 formando H2O y rasa y malato deshidrogenasa. liberando ATP en este transporte electrónico. Objetivos: En el capítulo correspondiente a catabolismo de carbohidra- — Producir CO2. tos hemos estudiado la descarboxilación oxidativa del Piruva- — Producir NADH y FADH2 (coenzimas reducidas) que to, que consiste en la formación de Acetil-CoA desde el piruva- pasarán a la cadena respiratoria. to formado principalmente en la degradación de carbohidratos — Producir precursores para biosíntesis metabólica. y a partir de ciertos aminoácidos. Esta descarboxilación del Piruvato constituye un eslabón en- El ciclo del ácido cítrico es un sistema enzimático circular, a tre la glicólisis y el ciclo de Krebs sin formar parte de ninguno diferencia de la glucólisis, que se produce mediante una se- de ellos. Aunque sí supone un elemento de control en el ciclo cuencia lineal de etapas catalizadas por enzimas. por ser la vía de abastecimiento de Acetil-CoA del mismo. En cada vuelta del ciclo, una molécula de Acetil-CoA cede El ATP, el NADH, los ácidos grasos de cadena larga y el su grupo acetilo al Oxalacetato, compuesto de 4 carbonos, pa- Acetil-CoA inhiben esta reacción y el calcio la estimula. ra formar el Citrato de 6 carbonos. El Citrato se transforma a 87
- 31. CICLO DE KREBS.VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. CADENA RESPIRATORIA Piruvato E. Piruvato Deshidrogenasa Acetil CoA CO2 E. ditrato suitetasa E. ditrato suitetasa Citrato Oxalacetato 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 Del mismo modo se obtiene una molécula de FADH2, que carbonos, la cual se deshidrogena con pérdida de CO 2 y se por fosforilación oxidativa producirá 2 ATP. transforma en α-Oxoglutarato, compuesto de 5 carbonos. Este Por último se produce una molécula de GTP, que rinde 1 último pierde, a continuación, CO2 y rinde después Succinato, ATP. con 4 carbonos, que después de tres reacciones, en las que pa- El balance total es: 3 * 3ATP + 1 * 2ATP + 1ATP = 12 ATP. sa primero a Fumarato y después a L-Malato, pasa a Oxalace- A continuación se detallan los pasos en los que se producen tato, con el que comenzó el ciclo. las moléculas de NADH, FADH2 y GTP: La reacción global quedaría como sigue: — Reacciones en que se producen NADH : Las mediadas Acetil-CoA + 3NAD + FAD + GDP + Pi + H2O ——-> por las enzimas: Piruvato Deshidrogenasa, Isocitrato HSCoA + 3NADH + FADH2 + GTP + CO2. Deshidrogenasa, α-Cetoglutarato Deshidrogenasa y Malato Deshidrogenasa. Del ciclo se obtienen 3 moléculas de NADH, cada una de las — Reacción en que se produce FADH2: Mediada por la cuales formará 3 ATP al entrar en la cadena respiratoria. enzima Succinato Deshidrogenasa. 88
- 32. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 — Reacción en la que se que produce GTP: Mediada por la enzima Sintetasa del Succinil CoA. 41 — Enzimas que necesitan H2O: Citrato Sintetasa e Hidra- La enzima limitante del ciclo de Krebs es: tasa del Fumarato. 1. SuccinilCoA sintetasa. 2. Piruvato Deshidrogenasa. Regulación del Ciclo de Krebs 3. Citrato Sintetasa. 4. Fumarasa. Como antes hemos señalado, la Piruvato Deshidrogenasa 5. Isocitrato Deshidrogenasa. cataliza una etapa previa del ciclo de Krebs, que permite su re- gulación, por su localización al inicio del mismo; no obstante, la enzima limitante es la citrato sintetasa, pues la piruvato 42 deshidrogenasa no es una enzima del ciclo, sino que cataliza una reacción previa al mismo. ¿En qué etapa del ciclo de Krebs se produce NADH?: 1. Etapa mediada por la Piruvato Deshidrogenasa. VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO 2. Etapa mediada por Isocitrato Deshidrogenasa. 3. Etapa mediada por alfa cetoglutarato deshidrogenasa. 4. Etapa mediada por Malato Deshidrogenasa. La reacción global es: 6P Glucosa + 2 NADP + H2O —-> 5P 5. En todas las anteriores. D-Ribosa + CO2 + 2 NADPH +2H. Conduce a dos productos en los tejidos animales: el NADPH y el 5P de Ribosa. 43 El NADPH es un transportador de energía química en forma de capacidad de reducción. Con él impedimos que los ácidos Vía delas Pentosas Fosfato. ¿Qué es falso?: grasos no saturados de la membrana celular experimenten re- 1. El déficit de Glucosa 6P, se hereda de forma recesiva, por delec- acciones anormales con el oxígeno y sufran peroxidaciones ha- ción del brazo corto del cromosoma 7. ciendo anormal la membrana del hematíe y favoreciendo su 2. El NADPH es un transportador de energía en forma de potencial destrucción. reductor. 3. Su función es la síntesis de NADPH y Ribosa 5P. El déficit de cualquiera de las enzimas de la vía (siendo más 4. Las sulfamidas pueden desencadenar crisis hemolíticas en per- frecuente el déficit de Glucosa 6P Deshidrogenasa, que se he- sonas con déficit de Glucosa 6P deshidrogenasa. reda ligado al cromosoma X) produce alteraciones en los he- 5. El NADPH impide la peroxidación de los ácidos grasos de la matíes dando lugar a crisis hemolíticas que pueden desenca- membrana eritrocitaria. denarse como consecuencia de: infecciones, fármacos (antipa- lúdicos, primaquina, sulfamidas, analgésicos), alimentos como las habas (fabismo). 44 La 5 P de Ribosa se utiliza en la síntesis de ácidos nucleicos. De las siguientes enzimas, una no interviene en el ciclo de Krebs: Es una vía muy activa en algunos tejidos como el hígado, donde la NADPH es necesaria para la síntesis de ácidos grasos 1. Isocitrato Deshidrogenasa. 2. Alfacetoglutarato deshidrogenasa. y de las lipoproteínas VLDL y el tejido adiposo. 3. Malato Deshidrogenasa. 4. Aconitasa. CADENA DE TRANSPORTE ELECTRONICO 5. Piruvato Fumarasa. Constituye la fase final de la degradación por oxidación de los carbohidratos, grasa y proteínas, en la cual los electrones 45 son transportados hasta el oxígeno molecular, al que se unen En la cadena de Transporte electrónico, en qué orden se produce la cesión para formar agua, liberándose energía que se conserva en for- de electrones: ma de ATP. Está formada por una serie de proteínas que llevan asocia- 1 Ubiquinona, cit. A, cit. B, cit. oxidasa. 2 ubiquinona, cit. B, cit. C1, cit. C, citocromo oxidasa. dos grupos capaces de transportar electrones (fig. 8). 3. Cit. B, cit. C1, cit. C. 4. Cit. A1, cit. B, cit. B1, cit. C. 1.ª Etapa 5. Citocromo oxidasa, cit. C, cit. C1, cit. B, ubiquinona. La deshidrogenasa del NADH, acepta electrones desde el NADH procedente del ciclo de Krebs; en este paso se forma RESPUESTAS: 41: 3; 42: 5; 43: 1; 44: 5; 45: 2. una molécula de ATP. 89
- 33. CICLO DE KREBS.VIA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. CADENA RESPIRATORIA 2.ª Etapa NADH La ubiquinona capta los electrones procedentes de la NADH ADP+Pi Deshidrogenasa y es capaz de aceptar también los electrones 2e- procedentes de la FADH2. A continuación, esos electrones pa- san al Citocromo B y de éste al Citocromo C1. NADH Deshidrogenasa Formándose de esta secuencia otra molécula de ATP. Re- ATP cordemos que el FADH2 entraría directamente desde la Ubi- 2e- quinona. Ubiquinona 3.ª Etapa 2e- Los electrones del Citocromo C1 pasan al Citocromo C y de ADP+Pi aquí a la Citocromo Oxidasa, que reacciona directamente con Citrocromo b el oxígeno y se obtiene una molécula de H2O y otra de ATP. Cada NADH rinde 3 moléculas de ATP. 2e- Cada FADH rinde 2 moléculas de ATP. Citocromo C1 Las reacciones de transferencia de electrones son reaccio- ATP nes de óxido reducción, quien cede los electrones es el reduc- 2e- tor y quien los acepta es el oxidante; cada par conjugado rédox posee un potencial de reducción y por convenio cuando la ten- Citocromo C dencia es a perder electrones, se dan valores de potencial de acción cada vez más negativos; así pues los elementos de la ADP+Pi 2e- cadena de transporte respiratorio se disponen en orden cre- Citocromo oxidasa ciente de su potencial rédox. 2e- ATP H2O 2H++1/2O2 Fig. 8. Cadena respiratoria. 90
- 34. Capítulo IX METABOLISMO DEL COLESTEROL. HORMONAS ESTEROIDEAS . SINTESIS Y BETAOXIDACION DE ACIDOS GRASOS . CET OGENESIS Indice Síntesis del colesterol Betaoxidación de ácidos grasos Compuestos derivados del colesterol Cetogénesis Síntesis de ácidos grasos Dra. MARTA MATEO MORALES SINTESIS DEL COLESTEROL (tabla IV) 1.ª Etapa En una primera fase, tres moléculas de AcetilCoA se unen Existen tres etapas principales: para formar 3hidroximetilglutarilCoA, mediante la enzima Hi- droximetil-glutarilCoA-sintetasa (HMGCoA). Compuesto de 6 — 1.a Etapa: Paso de AcetilCoA a Mevalonato. átomes de carbono, que se reduce a Mevalonato por la enzima — 2.a Etapa: Paso de Mevalonato a Escualeno. Hidroximetilglutaril CoA reductasa. Consumiendose 2 molécu- — 3.a Etapa: Paso de Epóxido de Escualeno a Lanosterol. las de NADPH. 91
- 35. METABOLISMO DEL COLESTEROL COMPUESTOS DERIVADOS DEL COLESTEROL TABLA IV Acidos biliares Síntesis del colesterol Se sintetizan en el hígado a partir del colesterol mediante una secuencia de cinco reacciones: Tres reacciones de hidroxi- lación, en distintas posiciones de la molécula de colesterol, a saber: posición 7, posición 12 y posición 3. Una reacción de 1.ª Etapa cambio de un grupo hidroxilo por un grupo cetona. Acetil - CoA Una última reacción de acortamiento de la cadena lateral de HMG - CoA colesterol, pues este último posee 27 carbonos y los ácidos bi- ↓ HMG CoA reductasa liares sólo poseen 24. Acidos biliares primarios 2.ª Etapa Mevalonato Son el ácido cólico y el quenodesoxicólico, se conjugan con taurina y glicina para formar los ácidos biliares conjugados o 3.ª Etapa sales biliares: glicocólico y taurocólico. Escualeno Lanosterol Acidos biliares secundarios Colesterol Desoxicolato y litocolato, se forman en el intestino como consecuencia del metabolismo bacteriano sobre los ácidos bi- liares primarios, al producirse la desconjugación de los mis- mos. Esta fase constituye la etapa limitante de la síntesis de co- lesterol y es una etapa irreversible. Funciones de los ácidos biliares Facilitan la excreción biliar de colesterol y gracias a su pro- 2.ª Etapa piedad de formar micelas solubilizadoras producen la emulsión Mevalonato (6 carb) + 3 ATP ——> Isopentenil PPi (5 carb) y de los lípidos facilitando tanto su digestión como su absor- + Pi + 3 ADP + CO2. ción intestinal. Dos moléculas de Isopentenil (5 carb) se unen para formar La cantidad total de ácidos grasos es de 2 a 4 gramos apro- una molécula de Geranil pirofosfato (10 carb). ximadamente, esta cantidad sufre uno o varios ciclos entero- Geranil PPi + Isopentenil PPi ——-> Farnesil (15 carb). hepáticos según la cantidad y la composición de los alimentos Dos moléculas de Farnesil PPI forman el Escualeno (30 carb). ingeridos. La absorción intestinal de ácidos biliares tiene una eficacia del 95%, así la pérdida fecal es muy pequeña y se 3.ª Etapa compensa fácilmente por una síntesis equivalente de ácidos Escualeno —-> Epoxiescualeno —-> Lanosterol —-> Colesterol. biliares por parte del hígado. Factores reguladores Hormonas esteroideas Los principales reguladores de la vía actúan sobre la enzima Corticosteroides HidroximetilglutarilCoAreductasa, enzima que existe en dos formas distintas: Fosforilada o Inactiva y Defosforilada o Acti- Hormonas sintetizadas por la corteza suprarrenal que se cla- va. El paso de una forma a otra está regulado por una fosfata- sifican en dos grupos: sa 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 con- Glucocorticoides centración de colesterol que existe en el medio. Se sintetizan en la zona fasciculada de la corteza suprarre- Estimuladores de la síntesis de colesterol: Tiroxina, Insulina. nal, afectan fundamentalmente al metabolismo de los carbohi- Inhibidores de la síntesis de colesterol: Altas concentracio- dratos y grasas. nes de colesterol en el medio, igual si existen altas concentra- ciones de mevalonato. El colesterol aportado con la dieta, ni- Mineralocorticoides veles elevados de otros esteroides en los tejidos, la unión a ciertas lipoproteínas plasmáticas transportadoras de colesterol Se sintetizan en la zona glomerular de la corteza suprarre- y ciertos fármacos como la Lovastatina. nal. Intervienen en el balance de los electrólitos y el agua. 92
- 36. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 Hormonas sexuales 46 Andrógenos El colesterol es el precursor de los siguientes compuestos, excepto: Se sintetizan en las células de Leydig del testículo, en las 1. Cortisol. células de la teca ovárica y en la suprarrenal, son responsables 2. Acido quenodesoxicólico. del desarrollo de los órganos sexuales y de los órganos sexua- 3. Aldosterona. les secundarios. 4. Estradiol. 5. Glucagón. Estrógenos 47 Se sintetizan en las células de la granulosa del ovario, cor- Señale la respuesta correcta, en lo referente a la biosíntesis del colesterol: teza suprarrenal y unidad fetoplacentaria, de ellos depende la 1. La enzima Citratoaconitasa es la enzima limitante del ciclo. aparición de los órganos sexuales femeninos. 2. El Mevalonato, se une con el ácido acético para formar Isopente- nil. Progestágenos 3. Dos moléculas de Farsenil se unen para formar el Geranil Fosfa- to. Se producen en cuerpo lúteo del ovario, en suprarrenal y en 4. Geranil e Isopentenil forman el Farnesil, compuesto de 15 áto- placenta: preparan al útero para la recepción y el desarrollo mos de carbono. del óvulo fecundado, gracias a la transformación del endome- 5. La tiroxina y la insulina inhiben la síntesis de colesterol. trio proliferativo a endometrio secretor. 48 Vitamina D Síntesis de Acidos Grasos, señale la opción falsa: Interviene en el metabolismo del calcio, es necesaria para 1. Es un proceso citosólico. 2. El paso de AcetilCoA a Citrato lo cataliza la Citrato Liasa. una correcta mineralización del hueso. 3. La síntesis de MalonilCoA, se inhibe por el PalmitoilCoA y se es- timula por el citrato. SINTESIS DE ACIDOS GRASOS (tabla V) 4. La enzima Carboxilasa del AcetilCoA interviene en el proceso. 5. La síntesis propiamente dicha de los ácidos grasos consta de 6 Localización en el citosol, a diferencia de la beta oxidación, reacciones catalizadas por el complejo de la Sintetasa de los áci- que es intramitocondrial. dos grasos. Fases: 49 — Transporte del AcetilCoA fuera de la Mitocondria. Señalar la afirmación correcta sobre la Beta Oxidación de los ácidos grasos: — Síntesis del MalonilCoA. 1. La enzima Sintetasa del AcilCoA es de localización citosólica. — Síntesis propiamente dicha. 2. La enzima Carnitínaciltransferasa I se localiza en la superficie in- terna de la membrana mitocondrial interna. Transporte citosólico del AcetilCoA 3. La Carnitínaciltransferasa II interviene en la transferencia del resto acilo desde la carnitina al HSCoA mitocondrial. Para poder abandonar la mitocondria el AcetilCoA se une a 4. Puede tener lugar tanto en la itocondria como en el citosol, sólo una molécula de oxalacetato, formándose citrato, en una reac- depende su localización de la cantidad de Acetil CoA existente. ción catalizada por la enzima citrato sintetasa, una vez forma- 5. El Malonil CoA es el principal activador de la enzima Carnitínacil- do el citrato pasa al citosol utilizando el sistema de transporte transferasa I. de la lanzadera del citrato, aquí mediante la liasa del citrato 50 obtenemos de nuevo AcetilCoA y oxalacetato. Señalar la afirmación incorrecta, sobre la Cetogénesis: Síntesis de MalonilCoA 1. Los cuerpos cetónicos son acetoacetato, acetona e hidroxibutirato. 2. El exceso de Glucagón favorece la Beta oxidación de los ac. gra- El MalonilCoA se obtiene de la siguiente reacción: sosal aumentar el contenido de Malonil CoA. 3. El déficit de Insulina favorece la lipolisis y aumenta la concentra- AcetilCoA + ATP + H2O + CO2 ——-> MalonilCoA + ADP + Pi. ción plasmática de ac. grasos en plasma. 4. En el ayuno, el de´ficit de oxalacetato deriva el acetilCoA a la Está catalizada por la Carboxilasa del AcetilCoA, cuyo grupo formación de cuerpos cetónicos. prostético es la Biotina o vitamina B1, encargada de la transfe- 5. El acetoacetato se reduce a betahidroxibutirato por la deshidro- rencia de grupos COO-. genasa del butirato. Constituye la etapa limitante de la síntesis de ácidos gra- sos; esta enzima es inhibida por el palmitoilCoA, producto de RESPUESTAS: 46: 5; 47: 4; 48: 2; 49: 3; 50: 2. la síntesis de ácidos grasos y es estimulada por el citrato. 93
- 37. METABOLISMO DEL COLESTEROL TABLA V Síntesis de ácidos grasos Oxidación del piruvato ↓ E: piruvato deshidrogenasa Citrato sintetasa Lanzadera Acetil CoA + Oxalacetato → Citrato → Citrato ↑ ↓ Oxalacetato Oxalacetato ↑ ↓ Malato ← Malato Liasa del citrato • Citosol Citrato → Oxalacetato + Acetil CoA + ATP + H2O + CO2 ↓ E= Carboxilasa del Acetil CoA Malonil CoA + ADP + Pi ↓ Síntesis propiamente dicha Síntesis propiamente dicha BETAOXIDACION DE ACIDOS GRASOS (tabla VI) Consta de seis reacciones catalizadas por el complejo de la sintetasa de los ácidos grasos. Este complejo posee dos gru- Los triglicéridos poseen el contenido energético más eleva- pos sulfhidrilo (SH) a los cuales se unen los grupos acilo que do, entre los principios nutritivos principales, el 95 % de su se transfieren. En una primera reacción, se transfiere un grupo energía reside, en sus tres componentes ácidos grasos de cade- acetilo al primer grupo sulfhidrilo; este acetilo procede del na larga., mientras que la glicerina sólo contribuye con un 5% . AcetilCo (1 carb.). En una segunda reaccion se transfiere un En este capítulo se examinan las rutas metabólicas y el ren- grupo Malonil (2 carb.) al segundo grupo sulfhidrilo. dimiento energético de las mismas, que se obtiene a través de El paso siguiente consiste en una condensación del grupo la β oxidación. acetilo y malonilo, formándose acetoacetilo y liberándose una Se localiza: en la matriz mitocondrial. Este proceso tiene lugar en dos fases: molécula de CO2 que es es el dióxido de carbono, que se intro- dujo inicialmente en el MalonilCoA por la reacción de la carbo- — Transporte del ácido graso al interior mitocondrial. xilasa del AcetilCoA (explicada anteriormente). — Beta Oxidación propiamente dicha. De este modo hemos producido una unidad de dos carbonos que van constituyendo la cadena del ácido graso, pues la reac- Transporte del ácido graso al interior mitocondrial ción se repite varias veces. Se produce a través de tres pasos catalizados por tres enzi- Finalmente se producen una serie de reacciones de: Con- mas cuya localización es la siguiente: densación, Reducción con NADPH y Deshidratación, cuyo pro- ducto final es el ácido graso, que una vez sintetizado se suelta — Sintetasa del AcilCoA - Membrana mitocondrial externa. del complejo de la sintetasa, se elonga y se satura (Ejemplo : — Carnitinaciltransferasa I - Superficie Externa de la Mb. mitocondrial interna. Síntesis del Acido Palmítico: — Carnitinaciltransferasa II - Superficie Interna de la 8 AcetilCoA + 7ATP + 14 NADPH ——> Palmitato (16 carbonos)) Mb. mitocondrial interna. 94
- 38. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 Primer paso Activación del ácido graso con HSCoA. 51 Reacción: Acido Graso + ATP + CoA-SH ——> Acilograso-CoA + En la biosíntesis de ácidos grasos, qué es verdadero: + AMP + PPi. Enzima: Sintetasa del AcilCoA. 1. La membrana mitocondrial es impermeable al AcetilcoA. 2. Se transporta acetilcoA desde la mitocondria en forma de acetil Segundo paso carnitina. 3. El acetilcoA se obtiene a partir de acetato mediante una tioqui- Transferencia del resto acilo del AcilCoA a la carnitina. nasa. Reacción: Carnitina + Acilo graso-CoA ——> Acilograso- 4. Actúa una citrato liasa sobre el citrato citoplasmático dando ace- carnitina + CoASH. Enzima: Carnitinaciltransferasa I. tilcoA. 5. Todas las afirmaciones anteriores son correctas. Tercer paso Transferencia del resto acilo desde la carnitina al HSCoA 52 mitocondrial. En la biosíntesis de ácido palmítico se da la secuencia: Reacción: Acilograso-carnitina + CoASH ——> Acilograso + carniti- 1. Malonilcoa-acetilcoa-palmitilACP. na. Enzima: Carnitinaciltransferasa II. 2. Acetilcoa-succinilcoa-palmitilcoa. 3. Acetilcoa-malonilcoa-palmitilACP. Beta Oxidación de los ácidos grasos 4. Malonilcoa-succinilcoa-palmitilcoa. 5. Succinilcoa-acetilcoa-palmitilcoaACP. Proceso cíclico con un número de vueltas 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: 53 La enzima que se encarga de esterificar el colesterol en el plasma es: Primer paso 1. Colesterol esterasa neutra. Reacción de Oxidación. Se obtiene una molécula de FADH2 2. Proteína transferidora de ésteres de colesterol. 3. Lecitina colesterol aciltransferasa. que posteriormente pasa a la cadena respiratoria rindiendo 2 4. Acilcolesterolaciltransferasa. ATP. 5. Lipoisomerasa endotelial. Segundo paso 54 Es otra reacción de Oxidación. Se obtiene una molécula de Señalar la opción correcta sobre los cuerpos cetónicos: NADH que rinde 3 ATP en la cadena respiratoria. 1. Durante el ayuno prolongado el cerebro puete utilizar cuerpos ce- tónicos. Tercer paso 2. El acetoacetato puede ser utilizado por el músculo cardíaco a Reacción de hidratación. mayor velocidad incluso que la glucosa. 3. Se sintetizan en las mitocondrias de los hepatocitos. 4. El acetoacetato se descarboxila espontáneamente en sangre pa- Cuarto paso ra dar acetona. Reacción de Tiólisis con participación de un grupo CoASH. 5. Todas son correctas. En cada vuelta lo que obtenemos es una molécula de Acetil- CoA y un AcilCoA con 2 átomos de carbono menos. 55 Cada molécula de Acetil CoA pasa al ciclo de Krebs y de Respecto a la absorción intestinal de las grasas: aquí a la cadena respiratoria, donde rendirá 12 moléculas de ATP. Pues como sabemos, nuestro organismo no puede sinteti- 1. La absorción de la vitamina A se favorece por la hidrólisis de los zar glucosa a partir de AcetilCoA. ésteres de retinol por la lipasa pancreática. Se obtienen tantas moléculas de AcetilCoA como el número 2. La lipasa y colipasa pancreáticas se segregan al intestino en for- ma de precursores no activos. de carbonos que posee el ácido graso dividido por 2. 3. La capa de agua inmóvil que recubre las vellosidades intestina- Todo el proceso anteriormente descrito corresponde a la Be- les actúa como una barrera que dificulta la absorción de los tria- ta oxidación de un ácido graso saturado y con un número par cilgliceroles. de carbonos. 4. La absorción de los ácidos grasos de cadena larga se hace me- Si se trata de un ácido graso insaturado, además de las en- diante difusión facilitada con gasto energético. zimas anteriormente descritas se necesita la colaboración de 5. Ninguna afirmación es correcta. una Isomerasa y de una Epimerasa. Si se trata de un ácido graso con un número impar de carbo- nos, en la última tiólisis obtendremos una molécula de Propionil- RESPUESTAS: 51: 5; 52: 3; 53: 3; 54: 5; 55: 3. CoA que sufrirá una carboxilación transformándose en un este- 95
- 39. METABOLISMO DEL COLESTEROL TABLA VII β-oxidación de ácidos grasos Acido Graso Acil carnitina → Acil carnitina + ↑ E= Carnitin aciltransf I ↓ E= Carnitin aciltransfer II CoA Carnitina Carnitina ↓ E= Sintetasa del Acil CoA + + Acilo Graso Acilo graso Acilo Graso ↓ Beta oxidación Citosol Zona intermembrana Matriz mitocondrial reoisómero del MetilmalonilCoA por intervención de la enzima El proceso se produce en dos etapas en el caso del Acetoa- Carboxilasa del PropionilCoA cuyo cofactor es la vitamina B1. cetato, los otros dos derivan de este último. Reacción: PropionilCoA + ATP + CO2 ——> D-Metilmalonil- CoA + AMP + PPi. 1.a Etapa Este producto experimenta una reordenación molecular transformándose en SuccinilCoA, en una reacción catalizada Condensación enzimática de dos moléculas de AcetilCoA. por la enzima: Mutasa del MetilmalonilCoA. Enzima: Tiolasa. El Succinil CoA es un intermediario del ciclo de Krebs y con- Reacción: AcetilCoA + AcetilCoA —-> Acetoacetil-S-CoA + CoA-SH. duce en último término a Oxalacetato. 2.a Etapa Regulación de la beta oxidación de ácidos grasos El AcetoacetilCoA experimenta la pérdida del CoA, quedan- La etapa limitante es la correspondiente a la enzima carniti- do Acetoacetato, que es el primer cuerpo cetónico. naciltransferasa I, que permite el paso del AcetilCoA al interior El Acetoacetato se reduce reversiblemente por la Deshidro- de la mitocondria. Su principal inhibidor es el MalonilCoA. genasa del Butirato produciendo Beta Hidroxibutirato en la si- guiente Reacción: CETOGENESIS Acetoacetato + NADH+ H+ ——> B.Hidroxibutirato + NAD+. Este es el segundo cuerpo cetónico. Proceso que tiene lugar en el parénquima hepático cuyo El acetoacetato es también precursor de la acetona al per- sustrato es el AcetilCoA resultante de la oxidación de los áci- der un grupo Carboxilo de su molécula bien espontáneamente dos grasos. Este AcetilCoA puede seguir dos vías principales: o bien por acción de la Descarboxilasa del Acetoacetato. — Incorporación al Ciclo del Acido cítrico. Reacción: Acetoacetato + H+ ——> Acetona + CO2. — Síntesis de cuerpos cetónicos. La síntesis de cuerpos Cetónicos se encuentra aumentada La incorporación a una u otra vía viene determinada por la en determinados estados metabólicos, como el ayuno, y es un concentración de Oxalacetato, que al unirse con el acetilCoA cuadro típico de la Diabetes Mellitus. Esto se debe a que por produce citrato, que es uno de los intermediarios del ciclo de un lado el déficit de Insulina favorece la lipólisis, con lo que Krebs. En el caso de que exista un déficit de Oxalacetato, co- aumenta la concentración plasmática de Acidos Grasos, y por mo sucede en el ayuno o en las dietas pobres en hidratos de otro lado el exceso de Glucagón favorece la Beta Oxidación de carbono, el AcetilCoA se deriva a la formación de cuerpos ce- los ácidos grasos, pues actúa disminuyendo el contenido de tónicos. MalonilCoA (principal inhibidor de la Oxidación de los ácidos grasos), con lo que eliminado éste último la Beta Oxidación se Síntesis de cuerpos cetónicos ve favorecida y el Acetil CoA resultante se deriva hacia la sín- tesis de cuerpos cetónicos, pues la diabetes es un estado de Son tres. Acetoacetato, Beta Hidroxibutirato y Acetona. déficit de carbohidratos a nivel celular. 96
- 40. Capítulo X DEGRADACION OXIDATIVA DE LOS AMINOACIDOS Indice Digestión proteica Desaminación oxidativa de los aminoacidos Dra. MARTA MATEO MORALES DIGESTION PROTEICA El grupo amino, que en forma de ion amonio será transfor- mado por el hígado en urea. Las proteínas de la dieta son digeridas por las enzimas pro- Y el grupo carbonado o cetoácido, que se trata del aminoá- teolíticas, que comprenden: las endopeptidasas y las exopepti- cido sin el grupo amonio y que se va a transformar en glucosa dasas. o en Acetil-Coa. Endopeptidasas: tripsina y quimiotripsina, actúan sobre los Las rutas de degradación son las siguientes: enlaces peptídicos internos de las proteínas y polipéptidos. Exopeptidasas: carboxipeptidasas y aminopeptidasas, actúan Ruta del Nitrógeno sobre el extremo terminal libre, bien carboxilo o amino. Las enzimas proteolíticas se excretan en forma de precurso- Consta de cuatro fases: res inactivos o cimógenos, éstos son activados por la tripsina que a su vez es activada por la enteroquinasa (secretada por la Recogida de grupos amino mucosa duodenal), que rompe el enlace lisina-isoleucina del tripsinógeno para formar tripsina. Consiste en la recogida de los grupos amino en forma de un aminoácido único, el glutamato, por Transaminación. DESAMINACION OXIDATIVA DE LOS Es llevada a cabo por las transaminasas, enzimas que tienen AMINOACIDOS (fig. 9) como grupo prostético al Fosfato de Piridoxal, derivado de la vitamina B6, y como aceptor al Cetoglutarato: Cetoglutarato + Cada aminoácido va a ser descompuesto en dos partes: NH3 —-> Glutamato. 97
- 41. DEGRADACION OXIDATIVA DELOS AMINOACIDOS Vía de la Alanina Aminoácido Cetoglutarato Es la vía utilizada por el amoniaco que procede de la degra- dación de las proteínas musculares. Se transporta al hígado como Alanina a través del ciclo de la Glucosa-Alanina. Músculo: Glutamato + Piruvato ——-> Alanina + Cetogluta- rato (Enzima: Alanín Sintetasa). La Alanina pasa a sangre y de aquí llega al hígado, donde: Alanina + Cetoglutarato ——-> Glutamato + Piruvato (Enzima: Cetoácido Glutamato Alanín Transaminasa). El Glutamato por Desaminación Oxidativa libera el NH4, que pasará al ciclo de la Urea. Transaminasas El Piruvato puede incorporarse a la Gluconeogénesis, sumi- nistrando Glucosa de procedencia hepática, que es la otra fun- ción de este ciclo. Glutamato + NAD + H2O Vía de la Glutamina Es la forma de transporte de amoniaco desde la mayoría de los tejidos periféricos hacia el hígado. Glutamato deshidrogenasa Tej. Perif: Glutamato + NH4 + ATP ——-> Glutamina (Enzi- ma: Glutamina Sintetasa). La Glutamina pasa a la sangre y de aquí llega al hígado, donde: Cetoglutarato + NH4 Glutamina ——-> Glutamato + NH3 (Enzima: Glutaminasa). El NH3, pasa al ciclo de la Urea. Ciclo de la urea Ciclo de la Urea (fig. 10) Tiene lugar en el hígado, las enzimas son citosólicas, excep- Fig. 9. Desaminación oxidativa. to la Transcarbamilasa de Ornitina y la Deshidrogenasa del Glutamato, que son enzimas mitocondriales. Ejemplos de las transaminasas más importantes, se nom- El ciclo tiene lugar a partir de la entrada de dos grupos amino: bran por el dador del grupo amino. El primer grupo amino procede de la desaminación oxidativa del glutamato. Este amino se une al Fosfato de Carnitina y a la GPT o ALT ornitina y forman la Citrulina (enzima: Transcarbamilasa de la ornitina) que abandona la mitocondria. Alanina + Cetoglutarato ——-> Piruvato + Glutamato. El segundo grupo amino lo aporta el Aspartato. La Citrulina se une al Aspartato para formar Arginosuccina- GOT o AST to; éste se escinde en Fumarato y Arginina. La Arginina, por hi- Aspartato + Cetoglutarato —-> Oxalacetato + Glutamato. drólisis, libera urea y Ornitina. La Urea es un producto soluble y no es tóxica, en su forma- Desaminación Oxidativa ción se consumen 4 moléculas de ATP. Consiste en la liberación del grupo amino transferido al Glu- Ruta del Carbono (fig. 10) tamato. Se produce gracias a una reacción mitocondrial catali- Los esqueletos hidrocarbonados de los 20 aminoácidos dife- zada por la Deshidrogenasa del glutamato: rentes se canalizan hacia siete moléculas: Glutamato + NAD + H2O ——-> Cetoglutarato + NH4+ + NADH. — Piruvato: Cisteína, alanina y serina. Esta enzima se activa por el ADP y se inactiva por el GTP. — AcetoacetilCoA: Triptófano, fenilalanina, tirosina, leu- cina y lisina (estos dos últimos son cetogénicos puros). Transporte del Grupo Amino — AcetilCoa: cetogénicos puros, y los que se canalizan a Piruvato. EL ion Amonio: NH4+, procedente de la desaminación oxida- — Oxalacetato: asparragina y aspartato. tiva del Glutamato, es muy tóxico, sobre todo para el cerebro, — Cetoglutarato: prolina, histidina, glutamina, arginina. es necesario por tanto su rápida eliminación, que tiene lugar — SuccinilCoA: Isoleucina, valina y metionina. en el hígado, donde llega a través de dos vías: — Fumarato: succinato. 98
- 42. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 56 ¿Cuál de los siguientes aminoácidos no interviene en el ciclo de la urea?: Notas 1. 2. 3. 4. Arginina. Citrulina. Arginosuccinato. Lisina. 5. Fumarato. 57 ¿Cuál es el aceptor de los grupos amino en las reacciones de transamina- ción?: 1. Glutamato. 2. Cetoglutarato. 3. Hidroxibutirato. 4. Piruvato. 5. Oxalacetato. 58 Señalar la opción correcta en lo que respect al ciclo de la urea: 1. Todas las enzimas son citosólicas. 2. La deshidrogenasa del glutamato es la enzima limitante. 3. La citrulina se une al aspartato para formar fumarato. 4. La arginina por hidrólisis libera urea y ornitina. 5. Todas son correctas. 59 Se catalizan a Oxalacetato los esqueletos hidrocarbonados de los si- guientes aminoácidos: 1. Asparraginasa y aspartato. 2. Prolina e histidina. 3. Cisteína, alanina y serina. 4. Triptófano y fenilalanina. 5. Succinato. 60 El 5hidroxiindol3acetato se forma en el catabolismo del aminoácido: 1. Alanina. 2. Triptófano. 3. Valina. 4. Aspártico. 5. Fenilalanina. RESPUESTAS: 56: 4; 57: 2; 58: 4; 59: 1;60: 2. 99
- 43. DEGRADACION OXIDATIVA DELOS AMINOACIDOS Glutamato E= Glutamato deshidrogenasa Glutamato+NAD NH4+NADH+α cetoglutarato + + H2O Urea Fosfato Ornitina Ornitina de carbamoilo Citrulina Arginina Ciclo de la urea Fumarato Mitocondria Citrulina Arginosuccinato Aspartato + Cetoglutarato Glutamato+Oxalacetato Fig. 10. Ciclo de la urea. 101
- 44. 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 La replicación, transcripción y traducción de los ácidos nu- sólo el 5% de las proteínas mitocondriales. El ácido nucleico cleicos constituyen el dogma central de la biología molecular, más abundante es el rRNA. cuyo punto de partida es el DNA. El DNA se estructura en un modelo de doble hélice con dos cadenas antiparalelas (una en REPLICACION dirección 3’—5’y otra en 5’—3’) y complementarias, en la que fosfatos y ribosas, hidrofílicos, quedan al exterior y las bases En ella el DNA se separa en cada una de sus hebras, que se hidrofóbicas se internalizan, apareándose las dos cadenas me- duplican formando dos moléculas de DNA dúplex, cada una de diante puentes de hidrógeno (2 entre A y T, 3 entre G y C) que las cuales conserva una hebra del DNA paterno (la replicación junto con las interacciones hidrofóbicas (éstas de manera más es semiconservadora). Las DNA polimerasas se encargan de la importante) mantienen la estructura del DNA. En procariotas el síntesis de la cadena de 5’ a 3’ añadiendo deoxirribonucleóti- DNA es una molécula muy grande, a menudo circular, que se dos nuevos al fosfato restante del extremo 3’ libre de la cade- halla superenrollada sobre sí misma. En eucariotas es lineal y na. Necesita una hebra patrón (el DNA que se replica) y una 101
- 45. REPLICACION. TRANSCRIPCION YTRADUCCION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS hebra cebadora (a quien añadir nuevos restos), que es un seg- Características del código genético que permite la mento de RNA sintetizado por la RNA primasa en dirección traducción 5’—3’complementario del DNA patrón. L a replicación es bidi- Universal: Es igual en todas las especies salvo excepciones. reccional. Una de las hebras hija (3’—5’) replica sin dificultad, pero la otra horquilla que avanza en dirección 5’—3’ se deno- — Degenerado: La mayoría de los aminoácidos son codi- mina retardada, pues aquí el DNA se replica a trozos disconti- ficados por más de un codon (salvo Metionina y Trip- nuos llamados fragmentos de Okazaki. Cuando la DNA polime- tófano, que sólo tienen uno). Estos codones se suelen rasa de un fragmento de Okazaki llega al nivel del cebador de diferenciar en la tercera base. Esta característica es otro fragmento su actividad exonucleasa 5’—3’deshace el lógica si tenemos en cuenta que con 4 bases hay 64 RNA del cebador poniendo en su lugar DNA. La DNA ligasa codones posibles y los aminoácidos de las proteínas une los fragmentos de Okazaki (presentes en eucariotas y pro- son 20. UAG, UAA y UGA son los codones sin sentido cariotas). Las helicasas desenrollan segmentos de DNA justo o de terminación. por delante de la horquilla de replicación con consumo de ATP. — No es ambiguo: un codon codifica un solo aminoácido. Otras proteínas se unen al DNA impidiendo que se enrolle de — No hay solapamiento ni comas. nuevo. La topoisomerasa (en procariotas se llama DNA girasa) produce rupturas transitorias del DNA que impiden el giro del Hipótesis del balanceo de Crick cromosoma cuando la helicasa desenrolla la hélice. La DNA La tercera base de la mayoría de los codones se aparea de polimerasa de procariotas lee y localiza fallos en la replicación modo muy impreciso con la base correspondiente de sus anti- que elimina gracias a la actividad exonucleásica 3’—5’ (hidro- codones, es una base que se balancea, y que determina cuán- liza enlaces fosfodiéster en los extremos). tos codones de un aminoácido dado pueden ser reconocidos. Esto es debido a la presencia de inosina (I) en la primera posi- TRANSCRIPCION ción de un anticodon, ya que puede formar enlaces de hidróge- no muy débiles con adenosina, citidina y uridina. Proceso por el que el DNA se copia en RNA gracias a la RNA polimerasa que lee el DNA en dirección 3’—5’ sintetizan- Etapas do el RNA en dirección 5’—3’y que no necesita hebra cebado- En procariotas es un proceso citosólico. ra pero sí Mg y Zn como la DNA polimerasa. La RNA polimera- sa se une al promotor, un centro de iniciación en el DNA cuyo Activación de los aminoácidos primer residuo está trifosforilado, leyendo la cadena hasta la secuencia de terminación. En procariotas el mRNA no sufre El RNAt es una molécula de RNA monohebra en forma de transformación, pero en eucariotas se sintetizan los RNA nu- cruz que en su extremo 3’ lleva la secuencia -C-C-A, donde se cleares heterogéneos, de los cuales se escinden posteriormen- une el aminoácido activado. En otra zona está el anticodon. Las te los intrones o secuencias intercaladas, no traducidas, sa- aminoacil-tRNA sintetasas unen los aminoácidos correctos a liendo el mRNA al citoplasma. Los mRNA nucleares pequeños sus tRNA. Cada enzima es específica para cada pareja tRNA- aminoácido, y consume ATP, liberándose AMP y un pirofosfato. ayudan a liberar los intrones. La transcriptasa inversa es una DNA polimerasa RNA dirigida presente en los retrovirus. Formación de un complejo de iniciación TRADUCCION Las cadenas polipeptídicas se inician por su extremo amino- terminal. En las células procariotas el aminoácido iniciador es Definiciones la N-formilmetionina, en las eucariotas la metionina. En ambos casos el codon iniciador es 5’AUG3’ (en procariotas a veces La traducción de los ácidos nucleicos es la conversión de la GUG). Los ribosomas están formados por rRNA y proteínas. En secuencia polinucleotídica de un gen en secuencia aminoacídi- procariotas (70S) tienen 2 subunidades de 50 y 30S. En euca- ca de una proteína, previa copia del DNA en RNA mediante la riotas (80S) tienen 2 subunidades de 60 y 40S. transcripción. En una primera etapa la subunidad menor enlaza con el fac- Un cistrón es la unidad más pequeña del material genético tor de iniciación 3 (IF3), que impide que ambas subunidades se capaz de producir una cadena polipeptídica. recombinen, y con el mRNA por una señal de iniciación en su Un codon es un triplete de nucleótidos (bases) en una molé- extremo 5’. cula de DNA o RNAm que codifica un aminoácido específico. A lo anterior se unen el IF2, IF1, el formilmetionil-tRNA y Anticodon es el triplete de nucleótidos (bases) en el RNAt GTP que se hidroliza a GDP, liberándose los factores de inicia- que es complementario del codon en el RNAm que especifica ción y constituyéndose el complejo de iniciación, formado por el aminoácido. las dos subunidades ribosomales, el mRNA, el tRNA para la Codon y anticodon se unen siempre de modo complementa- formilmetionina unido al triplete AUG del mRNA. rio y antiparalelo. Los ribosomas tienen dos centros para unir los aminoacil-tR- 102
- 46. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 NA, el centro A o aminoacil, y el centro P o peptidil. Salvo el formilmetionil-tRNA iniciador, los aminoacil-tRNA se unen al 61 centro A. En el centro P se une el peptidil-tRNA en crecimiento. Los fragmentos de Okazaki: Prolongación de la cadena polipeptídica 1 Son trozos de DNA que se sintetiza en dirección 3'---5'. 2 Son RNA necesario para iniciar la sintesis de DNA. Se trata de un proceso repetitivo que requiere GTP, el com- 3 Se unen por la DNA ligasa. plejo de iniciación y tres factores de elongación (EF) que son 4 Sólo están presentes en procariotas. proteínas citosólicas. Los aminoacil-tRNA entran al centro A. 5 Se escinden por la RNA primasa. Se forma un enlace peptídico entre los aminoácidos ocupantes de los centros A y P catalizado por la peptidiltransferasa, que- 62 dando el peptidil-tRNA en el centro A. En la transcripción: Transposición o traslocación 1. Se necesita una hebra cebadora, así como Mn y Zn. 2. El promotor del RNA tiene trifosforilado su primer residuo. A continuación el mRNA recorre un espacio, trasladándose 3. Los exones de los RNA nucleares heterogéneos darán lugar al el peptidil-tRNA al centro P y liberándose un tRNA, consumién- mRNA. dose GTP. 4. Los intrones de procariotas se escinden y no serán traducidos por tanto. Terminación 5. Inversa se realiza gracias a enzimas presentes en los adenovirus. Tiene lugar cuando aparece un codon sin sentido (UAG, UAA, UGA) que no codifica ningún aminoácido. Entonces tres 63 proteínas o factores de liberación (RF) terminan el proceso y Con respecto a la traducción: las subunidades del ribosoma quedan separadas. 1. Los codones con inosina en la primera posición codifican tres aminoácidos. Balance energético 2. El formilmetionil tRNA iniciador se une al centro A del ribosoma. El proceso de síntesis consume energía: 3. Codón y anticodon se unen de modo complementario y paralelo. 4. UAA, UAG y UGA son los tres codones sin sentido o de termi- — 2 enlaces fosfato de alta energía (procedentes del ATP) nación. 5. Son necesarios varios cistrones para producir una cadena poli- en la activación del aminoácido. peptídica. — Un GTP en la prolongación y otro en la transposición. 64 Polirribosoma o polisoma El codon de iniciación es: Se trata de una única molécula de mRNA que es leída por varios ribosomas a la vez dirección 5’-3’. 1. UGA. 2. AUA. Regulación de la síntesis proteica 3. UAG. 4. CUG. Inhibidores de interés biomédico 5. AUG. — Cicloheximida: Inhibe la actividad de la peptidil trans- ferasa de la subunidad 60S de eucariotas. 65 — Eritromicina: Inhibe en procariotas la translocación al En la regulación de la sintesis proteica: unirse a la subunidad 50S. 1. El inductor se une al promotor permitiendo la síntesis de enzi- — Tetraciclina: Se une a la subunidad 30S impidiendo la mas inducibles. fijación del aminoacil-tRNA en procariotas. 2. Cicloheximida y puromicina interfieren sólo con la peptidiltrans- — Estreptomicina: En procariotas inhibe la iniciación y ferasa de procariotas. determina una lectura errónea del mRNA. 3. El control en procariotas se efectúa fundamentalmente sobre la — Cloramfenicol: Inhibe en procariotas la actividad de la traducción. peptidiltransferasa de la subunidad 50S. 4. La tetraciclina impide la fijación del aminoacil-tRNA al unirse a — Puromicina: Análogo del aminoacil-tRNA engaña a la la subunidad 30S en procariotas. peptidiltransferasa tanto en eucariotas como en pro- 5. El gen regulador codifica el inductor que permite la síntesis de cariotas. enzimas inducibles. Mecanismos de regulación RESPUESTAS: 61: 3; 62: 3; 63: 4; 64: 5; 65: 4 En procariotas se ejerce fundamentalmente a través de la 103
- 47. REPLICACION. TRANSCRIPCION YTRADUCCION DE LOS ACIDOS NUCLEICOS transcripción y algo sobre la traducción. En eucariotas funda- de enzimas que permiten utilizar la lactosa como fuente ener- mentalmente sobre la traducción. gética cuando es abundante. Las bacterias poseen enzimas constitutivas (presentes siem- El gen regulador codifica el represor, que en condiciones pre en una cantidad (p. ej. glucolíticos) y enzimas inducibles, normales se une al operador impidiendo que la RNApolimerasa que pueden aumentar su concentración. Jacob y Monod formu- se una al promotor. Pero cuando la lactosa (el inductor) abun- laron la hipótesis del operón para explicar la regulación de la da, se une al represor inactivándolo y desplazándolo (por su sintesis de enzimas inducibles. El primer operón descrito fue el mayor afinidad) de su unión con el operador, permitiendo la de la lactosa en E. coli para explicar la activación de la síntesis síntesis de enzimas inducibles. (DNA) gen regulador—promotor—operador—genes estructurales 104
- 48. 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 tiempo en que la activi- dad se reduce a la mitad. Es inversamente proporcional a la La emisión de partículas α (núcleos de helio), β-(electrones) constante radiactiva según: y β+ (positrones) por los núcleos inestables y de fotones (γ) y neutrones (η) por los estables activados se llama radiactivi- 0,693 dad. T1/2= ; donde T1/2: vida media. ni λ λ= * v, n ENFOQUE BIOMEDICO donde : λ= constante radiactiva.; ni= configuraciones inesta- bles de un núcleo; n= configuraciones posibles de un núcleo; Desde el punto de vista biomédico la distinción más impor- v= número de cambios por unidad de tiempo. tante es entre radiación ionizante y no ionizante. Un tipo de ra- diación es ionizante si su energía es suficiente para liberar di- Actividad es el número de desintegraciones por segundo. La recta o indirectamente electrones de un átomo o molécula unidad es el Bequerelio. produciendo iones. Ejemplos: A= λ*N (n.° de núcleos); 1Bequerelio (Bq)= 1 dps; 1Curio (Ci)= Radiaciones no ionizantes: radiación electromagnética de 3,7 x 1010 Bq. Un curio es la actividad de un gramo de radio. longitud de onda menor de 130 nm. La actividad disminuye con el tiempo según la ecuación A= Radiaciones ionizantes directamente: α,β-.Radiaciones ioni- A0 X e-λt zantes indirectamente: γ, η. 105
- 49. BIOFISICA DE LASRADIACIONES CONCEPTOS IMPORTANTES queñas dosis, para grandes dosis se usa la dosis total en grays. Dosis Radiosensibilidad Cantidad de energía absorbida de la radiación por unidad de masa. La unidad en el sistema internacional es el Gray. Aumenta con la cantidad de DNA y disminuye con la dota- 1Gy=1Julio/Kg.; 1rad= 0,01Gy. Lo que importa en biología es la ción enzimática, ya que a mayor dotación enzimática mejor po- tasa de dosis o tasa de exposición, es decir, la dosis o exposi- drá reparar las lesiones. ción por unidad de tiempo. Toxicidad Let Para el hombre a largo plazo comprende la formación de ca- Transferencia lineal de energía. Mide la energía liberada taratas, leucemia, tumores pulmonares, óseos y de tiroides, así por una partícula (cargada o ionizante) por unidad de longitud como esterilidad y malformaciones congénitas. Se desconoce si existe un umbral de dosis para estos efectos y si el riesgo se de camino recorrido por dicha partícula, es decir, su capacidad relaciona linealmente con la dosis. de penetración. APLICACIONES Alto let (α,β) Escaso poder de penetración, no pasan de la piel pero depo- Radiodiagnóstico sitan una gran dosis en ella. Rayos x en TAC, radiografías; los rayos X son radiaciones io- nizantes producidas al incidir haces de electrones a gran velo- Bajo let (fotones) cidad sobre un blanco de TUNGSTENO. Se pueden detectar Más penetrantes, irradian los tejidos profundos, aunque co- mediante placas fotográficas o pantallas fluorescentes, ocu- municándoles menores y más uniformes dosis, irradiando ape- pan el espectro de ondas electromagnéticas entre 3x1017 y nas la piel. Por el contrario, en caso de irradiación interna (in- 5x1019 HZ, radiaciones γ, de bajo let para el estudio isotópico gestión o inhalación de isótopos radiactivos) las partículas de de corazón, tiroides o riñones mediante cámaras de Anger. alto let son mucho más nocivas puesto que originan grandes Radioterapia en tratamiento de tumores dosis a pulmones e intestino, mientras que las de bajo let lle- gan a emerger del cuerpo con casi toda su energía. — Externa: Rx de baja energía o electrones en tumor su- perficial. Rx o γ (gamma) de gran energía en tumor Factor de calidad q profundo. — Interna: La radiación no penetrante (β,α) es la ideal. Q Indica la nocividad media de cada radiación. Q= 1 para fo- tones y β, Q= 10 para neutrones y protones., Q= 20 para α y Radioinmunoensayo nucleones de retroceso. Util para determinar la concentración en suero de hormonas Equivalente de dosis o dosis biológica peptídicas, esteroideas y fármacos, añadiendo al suero canti- dades conocidas de la sustancia problema marcadas con un Dosis x Q; la unidad es el Sievert (Sv). Sólo sirve para pe- átomo radiactivo y anticuerpos específicos de dicha sustancia. 106
- 50. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 66 ¿Cuáles son radiaciones ionizantes?: Notas 1. 2. 3. 4. Rayos X. Partículas beta. Partículas gamma. Psartículas alfa. 5. Todas las anteriores. 67 ¿Cuál es la unidad de actividad que equivale a una desintegración por se- gundo?: 1. Gray. 2. Roentgen. 3. Bequerelio. 4. Curio. 5. Sievert. 68 La radiación gamma está constituida por: 1. Electrones. 2. Fotones. 3. Núcleos de helio. 4. Positrones. 5. Neutrones. 69 Con respecto a los efectos biológicos de la radiación: 1. La radiosensibilidad es menor cuanto mayor es la cantidad de ADN. 2. El riesgo de secuelas se relaciona linealmente con la dosis. 3. A menor dotación enzimática menor radiosensibilidad. 4. La ingestión de isótopos de alta transferencia lineal de energía (alto LET) es más nociva que la de isótopos de bajo LET. 5. Existe un umbral de dosis para estos efectos. 70 Con respecto a las aplicaciones médicas de la radiactividad, es falso que: 1. El radioinmunoensayo es útil para medir la concentración en suero de diferentes sustancias. 2. La radiación alfa y beta es ideal en radioterapia interna. 3. Los rayox X han constituido uno de los mayores impulsos al diagnóstico médico. 4. La radiación gamma se utiliza para el estudio isotóico de órga- nos y vísceras internas mediante cámaras de Anger. 5. La radiación gamma se utiliza para la radioterapia externa de tumores superficiales. RESPUESTAS: 66: 5; 67: 3; 68: 2;69: 4; 70: 5. 107
- 51. Capítulo XIII BIOFISICA DEL APARAT O LOCOMOT OR Indice Conceptos Componentes rígidos y deformables en el cuerpo Palancas en el cuerpo humano. humano CONCEPTOS — De 2.a clase: Peso entre fulcro y fuerza muscular. Ejemplo: pie en posición de puntillas. Los conceptos de mecánica clásica pueden ser usados para — De 3.a clase: Fuerza muscular entre fulcro y peso. analizar el tamaño, forma, movimientos y fuerza del ser humano. Ejemplo: antebrazo cuando soporta un peso. Para que un cuerpo esté en equilibrio estático se tiene que cumplir que la sumatoria de fuerzas que actúan sobre ese Ventaja mecánica= momento F. muscular/momento F. resis- cuerpo= 0 (equilibrio translacional) y la suma de momentos de tencia; el momento de una fuerza es el producto de dicha fuer- esas fuerzas= 0 (equilibrio rotacional). za por la distancia perpendicular desde el punto donde se ejer- Centro de masas o centro de gravedad de un cuerpo es el ce al eje de rotación; la mayor parte de las palancas del cuerpo punto en el que se puede considerar que está localizada o con- humano son de primera y tercera clase y tienen ventajas mecá- centrada toda la masa o peso del cuerpo a efectos de movi- nicas menores de 1 porque los músculos suelen estar inserta- miento traslacional. dos muy cerca de las articulaciones (punto de apoyo). La venta- Su localización varía según la posición del cuerpo. En el ja mecánica es una medida de la eficiencia de una palanca en cuerpo humano de pie y totalmente erguido el centro de grave- términos de la cantidad de fuerza necesaria para mantener o dad se localiza a nivel de la segunda vértebra sacra, sobre una mover un determinado peso. línea vertical que toca el suelo a unos tres centímetros por de- lante de la articulación del tobillo. COMPONENTES RIGIDOS Y DEFORMABLES EN EL CUERPO HUMANO PALANCAS EN EL CUERPO HUMANO Sobre cualquier biomaterial se pueden ejercer diferentes ti- — De 1.a clase: Fulcro (punto de apoyo) entre el peso y la pos de fuerzas que producirían diferentes deformaciones: fuerza muscular. Ejemplos: cráneo y columna verte- bral. Articulación de la cadera. — Fuerzas de tracción o tensión ←→ 108
- 52. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 — Fuerzas de compresión →←. — Fuerzas tangenciales o de cizalladura. 71 El centro de gravedad: Normalmente los huesos se rompen más fácilmente por fle- xión o torcedura, también por tensión, pero no por compresión. 1. Está situado en la 12.ª vértebra dorsal. La resistencia de un cuerpo a doblarse cuando se le somete a 2. Es independiente de la posición del cuerpo. 3. Es el punto donde se considera situada toda la masa de ese fuerzas tangenciales depende de su composición y forma, de cuerpo a efectos de movimiento rraslacional. tal manera que una estructura hueca es más resistente que 4. Se encuentra en el apéndice xifoides. una maciza a igual sección, de ahí que los huesos largos al es- 5. Está situado 2 cm. por encima de la sínfisis del pubis. tar huecos en su porción central tengan una mayor resistencia a doblarse. Por el contrario, en las epífisis, zonas donde el hueso está 72 sometido a fuerzas de compresión principalmente, el hueso es trabecular, ya que tiene la fuerza suficiente con menos mate- ¿Cuál de las siguientes palancas del cuerpo humano es de 2.ª clase?: rial que el hueso compacto, y además al ser más flexible ab- 1. Articulación del cráneo con la columna vertebral. sorbe más energía al correr, saltar, etc., pues durante el creci- 2. Articulación de la cadera. miento las trabéculas adoptan la dirección de las líneas de 3. Articulación del hombro. fuerza. 4. Pie en posición de puntillas. 5. Antebrazo cuando soporta un peso. 73 En relación a las palancas del cuerpo humano, es falso que: 1. La mayoría son de 1.ª clase. 2. Tienen ventajas mecánicas bajas. 3. Los músculos están insertados muy cerca de los puntos de apo- yo. 4. Tienen ventajas mecánicas menores de 1. 5. La mayoría son de 2.ª clase. 74 En las diáfisis los huesos están huecos para presentar: 1. Mayor resistencia a la tracción. 2. Mayor resistencia a la flexión. 3. Mayor resistencia a la tensión. 4. Menor peso total y mayor movilidad. 5. Mayor resistencia a la compresión. 75 Con respecto a las epífisis es falso que: 1. El hueso es trabecular para presentar una mayor resistencia a la compresión. 2. Las trabéculas durante el crecimiento adoptan la dirección de las líneas de fuerza. 3. El hueso es trabecular y absorbe más energía al correr o saltar. 4. El hueso es trabecular para presentar más resistencia a las fuer- zas de cizalladura. 5. Entre las trabéculas se aloja la médula ósea. RESPUESTAS: 71: 3; 72: 4; 73: 5; 74: 2; 75: 4. 109
- 53. Capítulo XIV TERMODINAMICA Y BIOENERGETICA Indice Definición y conceptos Bioenergética animal Leyes de la termodinámica Control de la disipación de calor DEFINICION Y CONCEPTOS 1.ª Ley La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma. La — Termodinámica es una ciencia abstracta que se preo- suma del valor de las formas de energía permanece constante. cupa sobre el estado y evolución de los sistemas, y en ∆H= entalpía= cantidad de calor intercambiada en una particular sobre la interconversión de las distintas for- transformación: mas de energía. — Temperatura es una función de estado relacionada — Isobárica: A presión constante, es lo más habitual. con la energía cinética de las moléculas. — Isocórica o isostérica: A volumen constante. — Calor es una forma de transferencia de energía. Se — Adiabática: Sin ganancia ni pérdida de calor. mide en julios y calorías, como toda forma de energía. 1 caloría= 4,18 julios. El estudio de los cambios de entalpía que tienen lugar en — Calor específico: Cantidad de calor necesaria para que las reacciones químicas (probablemente la aplicación bioquí- la temperatura de un gramo de una sustancia aumen- mica más importante de la primera ley) suministra información te un grado centígrado. Caloría es el calor específico de la energía almacenada en los enlaces de los compuestos que intervienen en la reacción. del agua de 14,5 a 15,5°C. Las reacciones ocurren con desprendimiento (exotérmicas) o absorción (endotérmicas) de entalpía. LEYES DE LA TERMODINAMICA ∆Hreacción= εHproductos-εHreactivos=ε(energía de enla- ces rotos)-ε(energía de enlaces formados). Principio Cero de la TD Cuando dos cuerpos o sistemas se encuentran a la misma 2.ª Ley temperatura no existe flujo neto de calor entre ellos. Describe la dirección del cambio introduciendo una nueva 110
- 54. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 función de estado, la entropía (S), que mide el desorden de un sistema. Todo sistema tiende a pasar espontáneamente a un 76 estado de energía mínima (o mejor de entalpía mínima) y máxi- En una persona con fiebre aumenta mucho la pérdida de calor, por: mo desorden o entropía máxima. 1. Conducción. ∆S= ∆Ssistema+∆Sentorno≥0 2. Inducción. 3. Evaporación. Los seres vivos pueden mantener sus estructuras ordenadas 4. Convección. porque son sistemas abiertos que toman sustratos organizados 5. Radiación. 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 77 La transformación que ocurre a volumen constante se llama: Dado que la tendencia del sistema es a la entalpía mínima ∆H< 0 y el desorden máximo ∆S> 0, podemos concluir que en 1. Isobárica. un sistema a presión y temperatura constante la energía libre 2. Adiabática. 3. Exoergónica. disminuye en un proceso espontáneo: 4. Endoergónoca. — ∆G< 0: exoergónica-espontánea. 5. Isostérica. — ∆G=0: en equilibrio. — ∆G>0: endoergónica-espontánea en la otra dirección. BIOENERGETICA ANIMAL 78 Señale la respuesta falsa: — Presupuesto energético: C=P+Q+W+U+F, donde: C= 1. El calor es una función de estado. energía almacenada en los alimentos. P= crecimiento, 2. Caloría es el calor específico del agudo de 14,5 a 15,5°C. masa asimilada. W= trabajo realizado-contra el entor- 3. La entropía mide el desorden de un sistema. no. U= energía perdida en orina. F= energía perdida en 4. El metabolismo basal es muy estable para cada individuo. heces. 5. Las transformaciones isobáricas ocrren a presión contraste. — Valor calórico de los alimentos: cantidad de calor des- prendida en la combustión de un gramo de un deter- minado alimento. — BMR: metabolismo basal: calor desprendido por una 79 persona en condiciones basales (despierto, en ayuno de 12 horas, en reposo físico y mental y con tempera- Las reacciones que ocurren de manera espontánea se llaman: tura ambiental agradable). El valor medio es de 1.760 1. Isocóricas. kcal./día, es muy estable en un individuo dado. 2. Endoergónicas. 3. Isostéricas. CONTROL DE LA DISIPACIÓN DE CALOR 4. Exoergónicas. 5. Adiabáticas. 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: 80 — Conducción: no implica movimiento del cuerpo que ¿Cuál de los siguientes mecanismos de disipación del calor no necesita transmite el calor. Poco importante. soporte material?: — Convección: movimiento físico del fluido que transmi- 1. Conducción. te el calor. Importante en el hombre, sobre todo si lle- 2. Convección. va poca ropa (1.000 kcal./día una persona desnuda). 3. Radiación. — Radiación: no necesita soporte material. El más im- 4. Inducción. portante desde el punto de vista cuantitativo en el 5. Evaporación. hombre (1.800 kcal./día). — Evaporación: importante por ser regulable (fiebre). RESPUESTAS: 76: 3; 77: 5; 78: 1; 79: 4; 80: 3. 111
- 55. Capítulo XV POTENCIALES BIOELECTRICOS Indice Introducción a las membrranas biológicas Potencial de acción Propiedades eléctricas de las membranas INTRODUCCION A LAS MEMBRANAS Conductancia BIOLOGICAS La bicapa lipídica es atravesada por proteínas integrales La distribución de partículas cargadas a ambos lados de las (que en su parte extracelular presentan oligosacáridos), cana- membranas plasmáticas constituye la esencia de numerosos les iónicos que le confieren a la membrana la característica de procesos biológicos, entre ellos la conducción del impulso ner- Conductancia, que es una medida de la permeabilidad a los di- vioso. ferentes iones. Los procesos de transporte a través de las membranas bio- lógicas pueden ser: Ecuación de Nernst — Difusión simple: No presenta saturación. Es la expresión matemática del potencial eléctrico que se — Transporte mediado: Sí presenta cinética de satura- genera a través de una membrana semipermeable por la distri- ción. Pueden ser activos, con gasto de energía, o pasi- bución asimétrica de un ion a ambos lados de la misma. vos o difusión facilitada, sin gasto de energía. Otras propiedades de los sistemas de transporte mediado RT [ ionext] además de la saturación son la especificidad y la inhi- E=∆γ=γint-γext = ⊗ Ln bición. zF [ ionint] PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS MEMBRANAS Para cada distribución asimétrica de iones siempre existe un valor de potencial eléctrico que la mantiene en equilibrio. Capacitancia Papel de los distintos iones La bicapa lipídica puede separar cargas y por tanto confiere a la membrana las características de un condensador. El potasio desempeña un papel fundamental en la génesis 112
- 56. 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 81 en la célula. Las membranas biológicas se encuentran en un Las proteinas integtrales de la bicapa lipídica confieren a las membra- estado estacionario, fuera del equilibrio y extraordinariamente nas biológicas la propiedad de la: dinámico, con un alto costo energético, pues precisa una AT- Pasa que mete potasio y saca sodio para mantener esta situa- 1. Reactancia. 2. Conductancia. ción en que el potasio es el principal ion intracelular (y princi- 3. Impedancia. pal responsable de Em por su gran permeabilidad), el sodio ex- 4. Capacitancia. tracelular (y ligeramente permeable) y el cloro también extra- 5. Inductancia. celular (pero se distribuye pasivamente de acuerdo al poten- cial generado por Na y k para mantener la electroneutralidad). 82 POTENCIAL DE ACCION El principal responsable de la génesis del potencial de membrana es: Definición 1. E sodio. Secuencia de depolarización y repolarización que tiene lugar 2. La ATPasa sodio-potasio. 3. El cloro. de forma espontánea cuando la depolarización de una célula 4. El potasio. excitable sobrepasa un umbral característico. En él se distin- 5. La ecuación de Nernst. guen 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 po- tencial de acción sigue la ley del todo o nada, que consiste en 83 que el PA de una célula es siempre igual independientemente No es característico del potencial de acción: del estímulo. Experimentalmente se puede provocar PA y por tanto estí- 1. La ley de todo o nada. mulo mediante corriente eléctrica aplicada en un nervio o mús- 2. Estar causado por un cambio lento y sostenido en la conduc- culo. La mínima intensidad necesaria para ello se denomina tancia del sodio. 3. El PRA. reobase. 4. El PRR. La cronaxia es la duración mínima que precisa una corriente 5. Su conducción unidireccional in vivo. de intensidad doble de la reobase para producir un estimulo. Génesis El potencial de acción (PA) está provocado por un cambio 84 selectivo de la permeabilidad de la membrana para el ion Na No está relacionado con los procesos de transporte mediado: rápido y transitorio y un cambio en la conductancia del k más 1. La difusión facilitada. lento y sostenido a través de canales específicos sensibles a 2. La falta de especificidad. potencial. En la repolarización ocurren los fenómenos inversos 3. La saturación. (salida de Na y entrada de k). 4. El transporte activo. 5. La inhibición. 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 di- 85 recciones, sólo es capaz de provocar potenciales de acción en las zonas aún sin excitar, las anteriores están en PRA. La provocación experimental del potencial de acción: Para favorecer la conducción del impulso nervioso en los in- 1. No sigue la ley del todo o nada. vertebrados se han desarrollado axones de gran longitud, 2. La mínima intensidad para provocarlo se llama cronaxia.` mientras que en vertebrados un gran número de neuronas se 3. La reobase es el doble de la cronaxia. encuentran recubiertas de mielina (lipoproteína), con lo que 4. La reobase es la mitad de la cronaxia. aumenta la resistencia de la membrana y la conducción longi- 5. La mínima intensdad para provocarlo se llama reobase. tudinal, con gran aumento de la velocidad de conducción. RESPUESTAS: 81: 2; 82: 4; 83: 2; 84: 2; 85: 5. 113
- 57. Capítulo XVI VISION Y AUDICION Indice Introducción Ondas electromagnéticas Ondas sonoras Visión Audición Aplicaciones de luz y sonido en medicina INTRODUCCION I0 es el valor que se utiliza como referencia; si I=I0 entonces L=0 (umbral de audición). Una onda es una distorsión definida en el espacio que se propaga transportando energía sin que exista propagación ne- AUDICION ta de materia. Se pueden dividir en: Anatomía — Mecánicas (ej. ondas sonoras): Necesitan un medio material para propagarse. El oído actúa como receptor sensorial con zonas anatómica — No mecánicas (ej. ondas electromagnéticas): No lo y funcionalmente diferenciadas: necesitan. — Oído externo: Actúa de caja de resonancia. — Membrana timpánica: Acopla las vibraciones del aire Y en: (ondas sonoras) a los huesecillos del oído medio. Vi- — Transversales (ej. electromagnéticas): Oscilación per- bra con una amplitud del orden del diámetro del áto- pendicular a la dirección de propagación. mo de hidrógeno. — Longitudinales (ej. sonoras): Oscilación paralela a la — Oído medio: La cadena de huesecillos actúa amplifi- dirección de propagación. cando la señal (unas 20 veces) mediante un mecanis- mo similar al de un amplificador de presiones. ONDAS SONORAS — Oído interno (cóclea): En él se encuentran las células sensoriales, que se encargan de la transducción de El sonido es una onda mecánica longitudinal cuyo nivel de energía mecánica en una señal eléctrica que llegará intensidad se mide usualmente en la escala decibélica. al cerebro por los nervios auditivos. I Mecanismo L (db) =10log I0=10-12watios˙• m-2 I0 Las vibraciones transmitidas por los huesecillos a la ventana 114
- 58. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 oval originan movimientos en la perilinfa que tienen como con- secuencia la producción de un patrón de vibraciones caracte- 86 rístico en la membrana coclear, provocando el movimiento de Señale la información cierta acerca de la retina: los cilios de las células sensoriales ancladas entre la membra- na basilar y tectorial, de manera que cuando los cilios se des- 1. Los conos son poco sensibles enc omparación con los bastones. plazan hacia el de mayor longitud se produce depolarización 2. Los bastones, más sensibles, son muy abundantes en la fóvea. 3. Los conos contienen gran cantidad de rodopsina. (excitación) de las células ciliadas, y al sentido contrario una 4. Los bastones se utilizan en la visión fotópica. hiperpolarización (inhibición). 5. Los bastones distinguen colores y detalles. En los mamíferos las frecuencias se seleccionan porque la zona de la membrana coclear que vibra con una amplitud máxi- ma es dependiente de la frecuencia, mientras que en tortugas cada célula responde a una frecuencia determinada. 87 ONDAS ELECTROMAGNETICAS El efecto Doppler permite observar mediante ecografía: 1. Las cámaras cardíacas. La luz es una onda no mecánica transversal de naturaleza 2. El metabolismo hepático. electromagnética de la cual la sensibilidad visual de los ma- 3. El flujo sanguíneo. míferos cubre un rango muy estrecho (360-690 nm. la luz visi- 4. Los riñones. ble). 5. El cerebro. Un dioptrio es una superficie de separación de dos medios con diferente indice de refracción. Una lente es un sistema óp- tico formado por dos medios separados por dos dioptrios. Pue- 88 den ser: — Convergentes (positivas), ej. lentes biconvexas. Con respecto a las lentes, señale la respuesta falsa: — Divergentes (negativas), ej. lentes bicóncavas. 1. Están formadas por 2 dioptrios que separan 2 medios. 2. La potencia es el inverso de la distancia focal. La potencia de una lente es el inverso de su distancia focal 3. Pueden ser positivas o negativas. y se mide en dioptrías (m-1). 4. El cristalino es la lente de mayor poder refractivo en el ojo. 5. La potencia se mide en dioptrias. VISION. EL OJO COMO SISTEMA OPTICO El ojo es similar a una cámara fotográfica; su misión es en- focar los objetos en la retina, donde sufrirán un revelado ins- 89 tantáneo y renovable. La parte del oído encargada de amplificar la señal auditiva es: Medios de enfoque 1. El conducto auditivo externo. 2. La membrana timpánica. El máximo poder refractivo está en la córnea (40 dioptrías), 3. El oído medio. que per se enfoca los objetos detrás de la retina; una segunda 4. El oído interno. lente correctora, el cristalino, termina de realizar el enfoque 5. El pabellón auricular. 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. 90 Retina La escala decibélica mide: En la retina se encuentran situadas las células sensoriales (fotorreceptoras que actúan como eficientes contadores de fo- 1. La energía que transmite un sonido por unidad de tiempo.` tones), que se encargan de la transducción y son de dos tipos: 2. El logaritmo decimal de la energía de un sonido. 3. La energía que transmite un sonido por unidad de longitud. 4. El inverso de la intensidad de un sonido. — Bastones: Más sensibles, trabajan en condiciones de 5. La intensidad relativa de un sonido. baja iluminación sin distinguir colores ni detalles (uti- lizados en la visión escotópica). — Conos: Poco sensibles, necesitan iluminación elevada RESPUESTAS: 86: 1; 87: 3; 88: 4; 89: 3; 90: 5. pero distinguen colores y detalles (visión fotópica). 115
- 59. VISION Y AUDICION Los conos son mucho más abundantes en la fóvea, donde de las ondas en las diferentes estructuras corporales se anali- apenas hay bastones. zan para la obtención de imágenes. Los bastones poseen una gran cantidad de membranas es- También se pueden utilizar técnicas ecográficas con base en pecializadas en el segmento externo y tienen una extraordina- el efecto Doppler, que consiste en la diferente frecuencia con ria fluidez y gran cantidad del pigmento rodopsina, cromopro- que un observador móvil y otro fijo reciben un sonido. La varia- teína muy eficiente en el proceso de absorción. Los conos po- ción de la frecuencia es función de la velocidad (v) a la que se seen tres tipos diferentes de pigmentos visuales; en el cerebro mueve el observador, que en nuestro caso sería el órgano que se combinan las señales creando la gama de colores. estemos interesados en estudiar. APLICACIONES DE LUZ Y SONIDO Láser EN MEDICINA 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 Ecografía demás, y que libera energía amplificada que se puede enfocar Aplicando electricidad a un material piezoeléctrico se gene- a puntos muy pequeños, por lo que su utilización fundamental ran ultrasonidos, cuyos ecos recibidos tras la reflexión parcial es en diversos tipos de intervenciones quirúrgicas. 116
- 60. Capítulo XVII MECANICA CIRCULAT ORIA Indice Conceptos y leyes importantes Organización del sistema circulatorio CONCEPTOS Y LEYES IMPORTANTES — Ley de Laplace: 1 Los fluidos son sustancias no sólidas capaces de variar su Tensión parietal=˙ • Presión˙Radio forma. Poseen fuerzas intermoleculares débiles que permiten Grosor el desplazamiento de las moléculas que lo componen. ORGANIZACION DEL SISTEMA — Presión (sobre las paredes del recipiente que contiene CIRCULATORIO el fluido): Es la fuerza (perpendicular al recipiente) por unidad de superficie. P=F/S. La unidad en el S.I. es El sistema circulatorio consta de dos circuitos en serie: el Pascal. 1Pa=1Nw/m.2; 1atm=1.000 mbar=133,3Pa. menor o pulmonar, de resistencia baja e impulsado por el cora- — Principio de Pascal: La presión aplicada en un punto zón derecho, y el mayor o sistémico, de resistencia elevada de- de un fluido se transmite sin disminución a todos los pendiente del corazón izquierdo. puntos del mismo. El flujo es idéntico en cualquiera de las secciones totales del — Paradoja hidrostática: Para un fluido, la presión a una sistema circulatorio, por lo que la velocidad promedio en los di- altura (profundidad) determinada es idéntica indepen- ferentes conductos es inversamente proporcional a la sección dientemente de la forma del recipiente y la cantidad total del tramo considerado, máxima en la aorta y mínima en de líquido. los capilares (existe una relación inversa entre el diámetro en — Ley de Poiseuille: Para flujos pequeños (laminares): los diferentes vasos y la superficie total de la sección que ocu- pan los mismos) Flujo= Gradiente de presion/resistencia.. 1 Existe así mismo una caída continua de presión a lo largo Resistencia= Longitud˙Viscosidad˙ lo que indica que el del lecho circulatorio; la mayor parte de resistencia se encuen- Radio4 tra localizada a nivel de arteriolas y capilares. Además, debido a la gravedad, la presión varía en las distintas partes del cuer- factor más importante es el radio del vaso po, pero el gradiente arteriovenoso permanece constante. 117
- 61. MECANICA CIRCULATORIA Capacitancia Capacidad de almacenar fluidos a presión.C=∆V/∆P. No es 91 lineal, disminuye a partir de ciertos valores de volumen, a par- No es característico de un fluido: tir de los cuales la presión aumenta mucho. Es mayor en ve- 1. El transmitir la presión que se le aplica sin decremento. nas, de ahí que el 64% de la sangre esté siempre en el lecho 2. Poseer fuerzas intermoleculares débiles. venoso. En las cavidades ventriculares se habla de Complian- 3. Ser capaz de variar su forma. ce, que junto con la rigidez determina la función diastólica ven- 4. Que la presión a una profundidad determinada depende de la cantidad de fluido. tricular. La impedancia es el cociente entre presión y flujo. 5. Adoptar la forma del recipiente que los contiene. Estabilidad de los vasos. Presión transmural 92 Pt= Pi-Pe; Si la tensión (que viene dada por la ley de Lapla- En el sistema circulatorio: ce) supera a la Pt, el vaso se cierra; Si Pt aumenta sin que 1. El gasto cardíaco derecho es menor que el izquierdo. pueda ser contrarrestado por la tensión entonces se rompe el 2. La presión arterial en el sistema derecho es igual que en el iz- vaso. quierdo. 3. La velocidad de la sangre es máxima en la aorta porque su diá- metro es mayor. 4. El potasio es el ión que más participa en el mantenimiento de la volemia. 5. La velocidad de la sangre es mínima en capilares, pues su sec- ción total es la mayor de todo el sistema circulatorio. 93 Con respecto al lecho vascular: 1. La aorta es un vaso de alta resistencia por presentar un gran diámetro. 2. La aorta es un vaso de alta resistencia por presentar la sección total más pequeña de todo el sistema circulatorio. 3. En la policitemia aumenta la resistencia que ofrece la aorta a la sangre. 4. La presión arterial es idéntica en cualquier lugar del cuerpo en bipedestación. 5. La cava tiene menor resistencia que las vénulas por su mayor grosor. 94 Con respecto al sistema circulatorio: 1. La capacitancia viene dada por la distribución asimétrica de cargas en los vasos sanguíneos. 2. Las arterias son fundamentalmente vasos de capacitancia. 3. La capacitancia tiene un límite a partir del cual la presión trans- mural puede romper el vaso. 4. Las venas son vasos de conductancia fundamentalmente. 5. La rigidez determina la capacitancia ventricular. 95 Con respecto a la tensión parietal de los vasos sanguíneos: 1. Es máxima en arteriolas. 2. Es mínima en arteriolas. 3. Es máxima en la aorta. 4. Si es superada por la presión transmural el vaso se cierra. 5. Aumenta con la viscosidad. RESPUESTAS: 91: 4; 92: 5; 93: 3; 94: 3; 95: 3. 118
- 62. BIOQUIMICA Y BIOFISICA 2 BIBLIOGRAFIA BIOQUIMICA BIOFISICA CROMER: «Física para las ciencias de la vida». 2.ª edición. Edi- BALADRON, J. y cols.: «Manual Intensivo para el Exa- men MIR». Editorial Luzán 5. Madrid, 1993. torial Reverte, 1982. LEHNINGER, A. L.: «Principios de bioquímica». Edicio- DIEZ DE LOS RIOS, A.: «Introducción a la Biofísica y a la Física nes Omega, Barcelona,1984. Médica». Universidad de Malaga, 1983. STRYER, L.: «Bioquímica». 2.ª edición. Editorial Rever- EISENBERG, D.; CROTHERS, D.: «Physical chemistry». Benjamin, te, Barcelona, 1982. 1979. 119
- 63. Sección 2 INDICE DE MATERIAS Acido/os , Carbohidratos, 61 Fólico, 80 carbono quiral, 63 láctico, 82 centro de gravedad, 108 nicotínico o Niacina, 79 Centro de masas, 108 Pantoténico, 79 Cerebrósidos, 74 biliares, 92 Cetogenesis, 96 grasos, 71 Ciclo de Cory, 85 acomodación, 115 Ciclo de la Urea, 98 Aldosa, 63 Ciclo del ácido citrico, 87 alfa-Queratinas, 66 cistrón, 102 Amilasas, 64 código genético, 102 Aminoácidos, 67 codon, 102 Esenciales, 68 Coenzima, 75 Andrógenos, 93 Cofactor, 75 Audición, 114 Colesterol, 91 bases nitrogenadas, 69 complejo de iniciación, 102 Bastones, 115 Compliance, 118 beta-Queratinas, 67 Conductancia, 112 Betaoxidación de ácidos grasos, 94 Conos, 115 Bicapa, 74 córnea, 115 Biotina, 80 cuerpos cetónicos, 96 Cadena de transporte electronico, 89 Desaminación Oxidativa, 98 Calor, 110 de los aminoácidos, 97 específico, 110 dextrorrotatorio, 67 Capacitancia, 112, 118 dioptrio, 115 121
- 64. INDICE DE MATERIAS Disacaridasas,64 no ionizante, 105 DNA polimerasas, 111 No polares, 67 efecto Doppler, 116 nucleósidos, 69 Endopeptidasas, 97 nucleótidos, 69 Energía libre de Gibbs G, 111 Oligosacáridos, 61 entalpía, 110 Ondas electromagnéticas, 115 entropía, 111 Ondas sonoras, 114 enzimas, 75 Palancas, 108 equilibrio rotacional, 108 pH isoeléctrico, 68 equilibrio translacional, 108 pirimidínicas, 69 Esfingolípidos, 74 Piruvato Carboxilasa, 83 estereoisómeros, 63 Piruvato Quinasa, 82 Esteroides, 74 Polares Neutros, 68 Estrógenos, 93 Polares o hidrófilos, 68 Exopeptidasas, 97 Polisacáridos, 61 fibrosas, 65 Potencial de acción, 113 Fosfofructoquinasa, 81 Presión, 117 Fosfolípidos, 73 Principio de Pascal, 117 fragmento de Okazaki, 102 Progestágenos, 93 Fructosa 1,6 Bifosfatasa, 84 proteínas, 65 Fuerzas de compresión, 109 purinas, 69 Fuerzas de tracción o tensión, 108 refractario absoluto, 113 Fuerzas tangenciales o de cizalladura, 109 reobase, 113 Gangliósidos, 74 Replicación, 101 globulares, 64 Reversibles, 77 Glucogenogenesis, 85 RNA primasa, 102 Glucolisis, 81 Ruta del Carbono, 98 Gluconeogenesis, 83 Glucoquinasa, 81 Ruta del Nitrógeno, 97 Glucosa 6 Fosfatasa, 85 Saturados, 71 Hexoquinasa, 81 Sintesis de ácidos grasos, 93 hipótesis de operón, 104 Temodinámica, 110 Hipótesis del balanceo, 102 Temperatura, 110 Hormonas esteroideas, 92 Traduccion, 101 impedancia, 118 Transaminasas, 97 intrones, 102 Transcripción, 101 ionizante, 105 Transferencia lineal de energía, 106 Irreversibles, 78 Triacilglicéridos mixtos, 73 Isoenzima, 75 Triacilglicéridos simples, 73 Isómeros Geométricos, 67 Ventaja mecánica, 108 isómeros ópticos, 63 Vía de las pentosas fosfato, 89 levorotatorio, 67 Visión, 115 Ley de Laplace, 117 Vitamina A, 80 Ley de Poiseuille, 117 Vitamina B1 o Tiamina, 79 ley del todo o nada, 114 Vitamina B12, 80 membranas biológicas, 112 Vitamina B2 o Riboflavina, 79 Micelas, 74 Vitamina B6 o piridoxina, 80 Monocapas, 74 Vitamina C, 80 Monosacáridos, 61 Vitamina D,93 Niacina, 79 Vitamina E, 80 No competitivo, 77 Vitamina K, 80 122