Apuntes de Bioquímica - Resumen PDF

1 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T0. ELEMENTOS Y MOLÉCULAS BIOGENÉTICAS INTRODUCCIÓN GENERAL Estamos formados principalmente por agua, después lo más abundante son las proteí...

1 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T0. ELEMENTOS Y MOLÉCULAS BIOGENÉTICAS INTRODUCCIÓN GENERAL Estamos formados principalmente por agua, después lo más abundante son las proteínas. ELEMENTOS TIPOS DE MOLÉCULAS Primarios: CHON Orgánicas: glúcidos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos Secundarios: P, S, Cl, Na, Mg, Fe, K Inorgánicas: agua, gases (ox y diox), aniones y cationes Oligoelementos: Ni, Cu, Mo, Co SILLARES ESTRUCTURALES = monómeros: se unen entre sí o a otras y van formando complejos cada vez mayores. Todas las moléculas orgánicas tienen sillares estructurales, pero los lípidos no porque son muy heterogéneos. INTERACCIONES MOLECULARES Cuanta más energía, enlace más fuerte y mayor la unión, por ello más estabilidad y menor facilidad de ruptura. El enlace C-C es de los más estables y el que más vemos en los seres vivos. Pese a que el enlace N-N es MUY estable, no está tan presente en nosotros porque requiere cantidades muy grandes de energía y al ser tan estable tampoco interacciona con otras cosas, porque perdería estabilidad. Los seres vivos usamos enlaces que nos den a la vez estabilidad (covalentes) pero que también tenga cierta plasticidad (no covalentes poco energéticos: enlaces de Hidrógeno o carga-carga), con fluidez. Los enlaces poco energéticos permiten los cambios en la conformación de las proteínas, permitiendo así que esta cumpla su función. INTERACCIONES MOLECULARES NO COVALENTES 1. Carga-Carga 3. Dipolo-Dipolo inducido 5. Enlaces de hidrógeno 2. Dipolo-Dipolo 4. Van Deeer Wals DIPOLO: molécula con carga parcial positiva y carga parcial negativa. Por ejemplo, en el agua el O atrae más los electrones que los H y queda más negativo (zona densidad electronegativa) y la zona del H queda más positiva (zona densidad electropositiva). La fuerza de interacción de los enlaces se determina con la Ley de Coulomb: F = Kq1q2 / Dr2 PUENTES DE HIDRÓGENO Solo O, N y S (poco abundante y suele tender más a hacer puentes disulfuro) son capaces de formar este tipo de enlaces con el H. Estos elementos se comportan tanto como donadores como aceptores de los e-. Enlaces muy importantes en la estabilidad de proteínas, sobre todo en la estabilidad de la doble hélice del ADN. A la izquierda están los dadores y a la derecha los aceptores. 2 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina ENLACES DE VAN DER WAALS: REPULSIÓN EN DISTINCIAS MUY REDUCIDAS Si se acercan dos moléculas demasiado hay repulsión y si están muy alejadas no hay interacción, solo hay una distancia (radio de Van Der Waals = 2-3A) a la que se da este enlace. Es la unión más débil, aún menor a la del de tipo dipolo. Todas las moléculas tienen esta fuerza y mantiene estructuras de las biomoléculas, es la más abundante y la más débil. 3 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T1. EL AGUA COMO BIOMOLÉCULA FUNDAMENTAL INTRODUCCIÓN El agua es muy importante en la estructura de las moléculas, sin agua por ejemplo no se podrían plegar las proteínas (necesario medio acuoso). PROPIEDADES DEL AGUA 1. Amplio margen de Tª en fase líquida y abundante presencia en los tres estados en el planeta: esencial para los ciclos del agua. 2. Elevada cte. Dieléctrica: gracias a esto el agua actúa como disolvente universal, siendo el agua una molécula polar capaz de formar PDH con otras moléculas distintas a las de agua, formando nuevas uniones y disolviendo las sustancias. Este proceso es la solvatación iónica, donde las moléculas del soluto se rodean de moléculas de agua con las que interactúan. 3. Carácter dipolar: gracias a que no es una molécula lineal, tiene hibridación sp3 y forma un tetraedro completado por 2 PDH. La molécula de agua forma un ángulo de 104,5º entre los H-H unidos al O. 4. Elevados calores específicos y de evaporación: para evaporar agua hay que someterla a Tª elevadas, por lo que actúa como buen aislante térmico y regulador de la Tº corporal (a través por ejemplo del sudor), esto se da por el elevado nº de puentes enlaces de hidrógeno. 5. Dilatación anómala: el hielo es menos denso que el agua y esto permite que el hielo flote en el mar, si no fuera así y se hundiese todo el océano acabaría helado. En estado sólido, el agua presenta todos sus posibles enlaces de hidrogeno (cuatro/molécula) formando un retículo que ocupa más volumen, siendo menos denso. 6. No muy viscosa: PDH mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incomprensible. Esta propiedad es fundamental para procesos biológicos como el bombeo sanguíneo. 7. Alta tensión superficial: moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad. Este fenómeno se conoce como capilaridad. 8. Anfótera: actúa como ácido o como base. Es el caso del agua, que frente a un ácido fuerte actúa como base débil y frente a una base fuerte puede actuar como un ácido débil. Participará en muchas de las reacciones del metabolismo. IMPORTANCIA DEL AGUA EN LOS SERES VIVOS - Constituye 60-90 % en peso de los seres vivos Disolvente mayoritario en los organismos - Sus propiedades condicionan el comportamiento de las biomoléculas - Participa en reacciones químicas (p.ej. hidrólisis, reacciones ácido-base...) Punto de ebullición de algunos El agua presenta propiedades anómalas con respecto a las de otros hidruros semejantes: hidruros comparables - Elevado punto de ebullición (100ºC a nivel del mar) El agua puede actuar como: - Lubricante: facilitando movimientos (mucus, líquido sinovial) - Agente protector frente a daños mecánicos: líquido cefalorraquídeo, líquido amniótico. - Regulador de la Tª: por su elevado calor específico puede absorber gran cantidad de energía sin que aumente su temperatura. 4 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina ESTRUCTURA DEL AGUA - La molécula de agua presenta enlaces covalentes polares. - La molécula de agua se comporta como dipolo eléctrico, lo que permite que haya enlaces de H, en los que o bien hace de donador o de aceptor de e-. La distribución de cargas es asimétrica en la molécula de agua, debido a que el átomo de O es más electronegativo que el de H. - Cada molécula de agua es capaz de formar hasta 4 enlaces de hidrógeno con otras cuatro, en el hielo los 4 enlaces están completos, mientras que en agua líquida hay CASI 4, de ahí la diferencia entre agua líquida y sólida. El hielo forma una estructura de tetraedro, en la cual todos los enlaces de hidrógeno posibles están completos. - En el agua líquida la estructura fluctúa rápidamente (vida media corta de cada enlace de hidrógeno: 10-8-10-11 segundos), y cada molécula de agua se une por término medio a otras 3.4 moléculas vecinas. Eso explica que el hielo, con una estructura más estable y abierta, posea menor densidad que el agua líquida. LOS ENLACES DE HIDRÓGENO Los enlaces de hidrógeno se forman entre distintas biomoléculas polares y entre éstas y el agua. Todos estos enlaces son de gran importancia, tanto en la estructura como en la función de la materia viva. - Dos moléculas polares pueden formar enlaces de este tipo entre sí, si al menos una contiene H y la otra posee 2 electrónicos sin compartir. - SON MUCHO MÁS DÉBILES QUE LOS ENLACES COVALENTES: permitiendo por ello la interacción de las moléculas de agua con otras moléculas, y de aquí la gran capacidad disolvente del agua. - SON DIRECCIONALES: según la disposición en el espacio de los enlaces de los PDH serán más energéticos (rectos) o menos (inclinados). Se dan más las estructuras rectas porque además de ser más energéticas también son más estables. El enlace es más estable cuanto más lineal sea la ordenación del átomo de H y los dos átomo electronegativos implicados. - SE DAN ENTRE MUCHAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS: como por ejemplo entre un grupo OH de un alcohol y el agua, entre los péptidos de un polipéptido o entre las bases que forman parte del ADN. - Estos enlaces explican la alta cohesión de las moléculas de agua. LA TENSIÓN SUPERFICIAL En la superficie del agua la resultante de las fuerzas atractivas es distinta que en el interior del líquido, de ahí la tensión superficial del agua. Las moléculas de agua van a interaccionar débilmente con las del aire. 5 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina EL AGUA COMO DISOLVENTE TIPOS DE SOLUTO Polares Con carácter iónico Apolares (efecto hidrofóbico) Anfipáticos ¿DE QUÉ DEPENDE QUE UNA MOLÉCULA SE DISUELVA MÁS O MENOS CON EL AGUA? La solubilidad depende de la capacidad del solvente para interaccionar con las moléculas de soluto, si esta interacción es más fuerte que la que tienen las moléculas de soluto entre sí, se produce la disolución. - COMPUESTOS IÓNICOS: las sales se disuelven en agua. La interacción de los iones con el agua es más fuerte que la interacción de unos iones con otros. - MOLÉCULAS POLARES: la solubilidad de estas en agua es elevada EFECTO HIDROFÓBICO: LAS MOLÉCULAS APOLARES SON INSOLUBLES EN AGUA La presencia de moléculas hidrofóbicas provoca la ordenación de las moléculas de agua en contacto con ellas: - Estas ordenaciones se conocen como clatratos - Cuando se introducen moléculas apolares en agua se produce una gran disminución de la entropía, debido a que las moléculas de agua se ven obligadas a ordenarse alrededor de la molécula apolar. - El universo tiende al desorden (ordenar gasta energía) y cuando metemos algo en agua se ordena lo que metemos, pero el nº de moléculas de agua que se desordenan son muchas más, tendiendo al desorden. Las moléculas que rodean cuerpos separados son mayores a las que rodean cuerpos que se han juntado. - En el agua las moléculas apolares tienden a agruparse, ya que así aumenta la entropía del sistema (la cantidad de moléculas de agua ordenadas es menor que cuando están dispersas): es a lo que llamamos EFECTO HIDROFÓBICO - Una vez agrupadas, las moléculas apolares establecen INTERACCIONES HIDROFÓBICAS entre ellas, se trata de interacciones débiles de tipo van der Waals. Casi todas las moléculas que se pliegan necesitan interacciones hidrofóbicas, que harán que sea espontáneo. - Las MOLÉCULAS APOLARES no forman membranas plasmáticas, sino micelas o superficies en líquidos, que se forman de manera espontánea. Teniendo la menor superficie posible en contacto con el agua, la repelen. Las que forman bicapas son las ANFIPÁTICAS (parte polar y parte apolar). - LOS TAG NO FORMAN MEMBRANAS PLASMÁTICAS PORQUE SON APOLARES. VIDA MEDIA PROTEÍNA: como de un minuto, porque los plegamientos no son muy estables. Los enlaces que mantienen la estructura son débiles y por ello no duran mucho tiempo. 6 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina 7 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina T2. DISOLUCIONES ACUOSAS DISOCIACIÓN DEL AGUA ** Un tampón solo funciona en ciertos rangos, los próximos al pKa. Las proteínas, formadas por aa (que son anfóteros), tienen un pH óptimo, que si cambia hará que los aa de la proteína actúen más como ácido o más como base, y entonces cambiará la estructura de la proteína. REPASO BÁSICO ÁCIDOS/BASES FUERTES: se disocian totalmente. Su constante es elevada (sistema desplazado a la derecha). Su PKb será bajo. ÁCIDOS/BASES DÉBILES: NO se disocian del todo, por lo tanto, tienen Ka y Kb bajos, y en consecuencia sus PKa/PKb son altos. La Ka y la Kb vienen definidas por la siguiente ecuación: 𝐾𝑎 = [𝐻+][𝐴−] /[𝐻𝐴] La ecuación anterior se relaciona de la siguiente manera con la PKa: PKa = −log[Ka] LA IONIZACIÓN DEL AGUA Dos moléculas de agua reaccionan entre sí y se transfiere un protón. El agua es capaz de actuar como ácido (cediendo protones) o como base (captando protones) según con quien se junte. Cualquier ácido o base en agua se disociará y hará que cambie el pH, como estos cambios en nuestro organismo no podemos permitírnoslos, habrá sustancias que regulen estos cambios en el pH. Por ejemplo, los aa en nuestro organismo, que son sustancias anfóteras, podrán también actuar como ácido o como base en función de la situación en que se encuentren, amortiguando el pH celular. PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA La cantidad en que se disocia el agua es pequeña (1x10-7 M). ** pH = concentración de protones pH = -log10 [H+] ESCALA DE PH: forma práctica de expresar las concentraciones pequeñas. - Por ejemplo si [H+] = 1 x 10-7 M el pH será de 7 Los ÁCIDOS disminuyen el pH y aumentan la concentración de iones H+ (pH7) Motivos importancia homeostasis del pH: cinemática de las reacciones, desnaturalización de enzimas y/o proteínas. 8 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina DISOCIACIÓN DE ÁCIDOS DÉBILES Si consideramos un ácido débil a HA: - La cte de disociación del ácido se determina por la expresión: - Como la [H2O] se mantiene casi constante: A mayor cte disociación, mayor fuerza tiene el ácido y mayor grado de disociación pKa bajo = Ka alto = más fuerza de acidez - Usamos la escala logarítmica pKa = -log 10 Ka Contra más pequeño sea pKa, Contra mayor sea Ka, más más fuerte será el ácido fuerte será el ácido Y, por tanto, tienen mayor capacidad amortiguadora cuando el pKa es próximo al pH , ya que tanto si se añaden protones ** El lugar en que puede tamponar será cuando pKa sea más menos 1 como hidroxilos, el tampón regula de un lado y del otro. ÁCIDOS POLIPRÓTICOS Son aquellos que se disocian más de una vez. - Ácido fosfórico: es un ácido triprótico. Si por ejemplo queremos tamponar a un pH de 3 podríamos usar este ácido ya que en la primera ecuación queda pH = 2.1 y tamponan en un pKa de más menos 1. - Si me alejo mucho del rango de pKa me dice que el ácido ya no existe, ya que todo o casi todo está conjugado y no quedan protones que soltar. - En la tabla de la derecha vemos los rangos de amortiguación de cada especie, que queda en más menos uno. MECANISMO DE TAMPONAMIENTO DE PH Solo son capaces de amortiguar el pH cuando las dos especies son de concentraciones similares, ya que aquí son capaces de intercambiar protones entre las dos especies y por ello tamponar. ** Cada compuesto con capacidad de tamponar el pH lo hace en un rango de valores determinado SISTEMA DE α – AMINOÁCIDOS El pKa aproximado de la parte ácido de un aa es de 2 El pKa aproximado de la parte básica de un aa es de 9 9 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina PUNTO ISOELÉCTRICO Se denomina a la forma intermedia del aa como FORMA ZWITERIÓN, donde está el punto isoeléctrico del mismo, cuando tiene el mismo nº de cargas positivas que negativas. Esta molécula en forma zwiterión tiene carga pero se comporta como carga neutra, al tener mismo nº de positiva que de negativa, pero esto solo será a pH 5,5 si el pH sube o baja se intercambian los protones y entonces se cargará positiva o negativamente. PI = (pK amino + pK ácido carboxílico)/2 ** Este punto permite separar los distintos aa entre sí, por lo que se usa como técnica para la separación de estos. Como los aa en función el pH tendrá una carga u otra, y estos forman las proteínas, dependiendo del pH en el que nos encontramos las proteínas se verán modificadas en estructura y por ello en función. IMPORTANTE: las especies de los aa, más con carga positiva o negativa no estarán todo en una u otra, habrá parte de cada una, y cuando nos acerquemos más al pH más ácido o básico habrá cada vez mayor proporción de unas especies que de otras. TAMPONES FISIOLÓGICOS Son importantes porque no solo tamponan los sistemas bicarbonato y fosfato, tamponan muchas otras sustancias en pH medio. TAMPÓN FOSFATO: PH INTRACELULAR Solo nos interesa la especie media, que es el que tampona en rango de pH de nuestro medio intracelular. El sistema actúa como sistema cerrado ya que nada se convierte en tampón fosfato. Membrana plasmática sirve de barrera. TAMPÓN BICARBONATO: PH EXTRACELULAR Tampona el pH sanguíneo y es un sistema abierto, ya que puedo obtener este sistema tampón a partir de desechos metabólicos. La respiración también controla el pH, cuando tenemos mucha concentración de CO2 en sangre, se ventila a mayor frecuencia para expulsar este CO2 y además conseguir meter más O2 en el organismo, para que sigan las reacciones metabólicas. CUANDO HIPOVENTILO: hay menos concentración de CO2, por lo que se forma menos ácido (H2CO3) y el pH sube. CUANDO HIPERVENTILO: hay más concentración de CO2, por lo que se forma más ácido (H2CO3) y el pH baja = acidificación. Los desechos del metabolismo que son CO2 y H20 son capaces de interaccionar y pasar a convertirse en sistema tampón bicarbonato. Ión bicarbonato Ác carbónico Para que las recciones se produzcan, el incremento de energía libre de Gibbs debe ser negativo, si no NO SE PRODUCIRÁ. Para que las reacciones vayan hacia un lado o hacia el otro debe variar el ∆G, este cambia en función de la concentración de los sustratos y de los productos. Esto pasa en las reacciones reversibles, donde las [sustratos y productos] hacen que cambie el ∆G. Alta tasa metabólica = acidez del pH; la afinidad de la ¿POR QUÉ SON NECESARIOS LOS SISTEMAS TAMPÓN? hemoglobina por el O2 disminuye a menor pH. Al acercarse a la célula (acidificada) libera el O2, y estando libre, capta el CO2 y vuelve a los pulmones a por O2. Los sistemas biológicos mantienen controlado el pH para que los procesos del organismo ocurran en condiciones óptimas de pH. En función de la zona del organismo habrá enzimas que trabajen mejor a pH ácidos (pepsina) o básico (tripsina) por lo que en los lugares donde estén estas enzimas el pH variará respecto a otros sitios del organismo. Condiciones de pH son importantes no solo por desnaturalización, también por funcionalidad. peptidasas 10 Bloque I. Introducción Mc Steamy URJC – 1º Medicina 1 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina T3. AMINOÁCIDOS COMPORTAMIENTO ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS Como los aa en función el pH tendrá una carga u otra, y estos forman las proteínas, dependiendo del pH en el que nos encontramos las proteínas se verán modificadas en estructura y por ello en función. IMPORTANTE: las especies de los aa, más con carga positiva o negativa no estarán todo en una u otra, habrá parte de cada una, y cuando nos acerquemos más al pH más ácido o básico habrá cada vez mayor proporción de unas especies que de otras. REVISAR: cargas de los aminoácidos (al margen de grupos R) según su pH. pH < 2 = + 2 < pH < 9 = neutro pH > 9 = - TITULACIÓN/VALORACIÓN ÁCIDO-BASE: pongo pH a 1, añado un aa o cualquier ácido o base débil, empiezo a añadir OH y registro pH a cada 0,1M que añado. De donde obtengo los esquemas que muestran los cambios en el pH. Permite ver a que rangos de [] varía más el pH, donde con poca cantidad de sustancia que añado varío más el pH, porque habrá zonas donde aún con mucha sustancia el pH no varía apenas. Los aa son moléculas ionizables, que a pH 7 tendrán los grupos amino y carboxilo ionizados. Para cambiar la carga neta de un aa, ya que son sustancias anfóteras, bastará con cambiar el pH del medio en que se encuentran. PUNTO ISOELÉCTRICO Normalmente es igual a 5,5; por lo que se comportarán como anfóteros. Si estoy en punto donde nº cargas + = nº cargas - , porque carga g.carboxilo = carga g.amino, la molécula aunque cargada se comporta como una neutra, y el punto de pH donde esto ocurre se conoce como PUNTO ISOELÉCTRICO, que se calcula como la media de los pK más próximos a la forma Zwitterion del aa. P.I: nivel de pH al cual el aa se encuentra en su forma de ión dipolar eléctricamente neutro, es decir, en forma Zwitterion - SI SOLO TIENE 1 GRUPO AMINO Y 1 GRUPO CARBOXILO: PK1 corresponde a g.carboxilo y el pK2 corresponde al g.amino - SI HAY + GRUPOS EN RADICALES: PK1 es de g.carboxilo, el pK2 es de g.amino y el pK3 o pKR al del radical pKr de COO- = 4 PUNTO ISOELÉCTRICO = pK1 + pK2 / 2 Para calcular el PI hace falta tener las mismas cargas positivas que negativas. SIEMPRE SE PIERDE PRIMERO EL H DEL GRUPO R DETERMINACIÓN DEL P.I E AA CON CADENA LATERAL (R) DISOCIABLE Y EL ÚLTIMO EL DEL GRUPO ALFA AMINO Hay aa que no solo tienen 2 grupos con carga, si no que tienen más. Es aquí donde hay problemas para calcular los Puntos isoeléctricos. Lo único que varía en carga son los grupos cadenas R. Aquí vamos a encontrar más PK, no solo 1 y 2. El PK3 podrá llamarse también pKR. En estos casos tenemos una positiva, una negativa y luego podemos tener una negativa o positiva más, ya no habrá neutralidad de cargas. Para calcular PI de aa con grupo R se hace la secuencia de donde más carga negativa tiene (grupo carboxilo con el H y todos los g.amino con NH3+) y donde más negativa tiene (g.carboxilo con COO- y g.amino como NH2), y cogemos los pK cercanos a la forma Zwiterrion y hacemos la media. Hay una forma más sencilla de hacerlo, cogemos los dos pK más cercanos (los que tengan pK más cercanos, si hay PK1 = 2, PK2 = 4 y PKR = 9, cojo PK1 y PK2) y dividimos uno entre otro. 2 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina ESTRUCTURA DE LOS AMINOÁCIDOS GENERALIDADES DE LAS PROTEÍNAS - Son las macromoléculas más abundantes de las células, constituyen más del 50% del peso seco de las mismas - Tienen funciones muy variadas (catalítica, reguladora, inmunológica, de sostén, transportadora, etc.), reflejo de sus variadas estructuras - Son cadenas lineales de aminoácidos y se forman mediante combinaciones de 20 aminoácidos - La estructura y la función de una proteína están determinadas por sus aminoácidos componentes y por la secuencia de éstos en la cadena polipeptídica ** Sólo los 20 aminoácidos proteicos están codificados genéticamente ESTRUCTURA EN AMINOÁCIDO GENERAL Los aminoácidos son bifuncionales: grupo amino + grupo carboxilo, unidos cada uno al Carbono central o carbono alfa. Lo que hace que hablemos de un aa o de otro es el radical o R. Pese a que lo vemos en 2D, su estructura es 3D, salvo la Glicina que tiene 2 protones (radical es H), podemos hacer dos formaciones distintas en función de donde se coloque la cadena R, arriba o abajo. DISPOSICIÓN ESPACIAL DE LOS AMINOÁCIDOS: los cuatro enlaces del átomo de Cα central apuntan a los vértices de un tetraedro. La simetría se descubrió en el gliceraldehído, se vio en laboratorio donde el D-gliceraldehído y el L- gliceraldehído desviaron la luz hacia lados contrarios, descubriendo que existían dos moléculas (quirales, siempre con carbono asimétrico, 4 enlaces distintos unos de otros). Por convención se dijo que la forma L era con OH a izquierda y la forma D con OH a la derecha. (Biológicamente tenemos enzimas que solo pueden reconocer una de las conformaciones espaciales, es decir o la forma D o la L, estas enzimas se llaman estereoespecíficas). En nuestro organismo empleamos forma D en glúcidos (sólo usamos la forma D ya que energéticamente hablando es más eficiente, no tenemos que almacenar todas las formas) (mirar como se distinguían) y forma L en los aminoácidos (sintetizamos las proteínas desde el grupo amino al grupo carboxilo, como conformacionalmente son así, nos guiamos por el grupo amino para distinguir su posición, pues son todos L), la enzima que pone el codón en la síntesis de proteínas solo puede poner aminoácidos en la forma L. Todos los seres vivos usamos forma L en aminoácidos, pero en las bacterias usan tanto forma D como L (esto hace que a nosotros nos perjudique, ya que nuestro cuerpo directamente no las reconoce. Las bacterias se aprovechan de ello). Solo usamos una forma para ser eficientes energéticamente. ** Todos los aminoácidos tienen carbonos quirales menos la Glicina (su radical es un H) MOLÉCULA QUIRAL/ CARBONO ASIMÉTRICO: los 4 radicales son distintos MOLÉCULA AQUIRAL: al girar la molécula puedo superponer los sustituyentes ENANTIÓMEROS: son imágenes especulares entre sí, que se cumple cuando las moléculas tienen un carbono asimétrico. DIASTEREOISÓMEROS/DIASTEREÓMEROS: estereoisómeros que no son imágenes especulares entre sí. MOLÉCULAS QUIRALES IMPORTANTES POR EJ EN FÁRMACOS: cuando fabricamos un 3 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina fármaco, al crear la molécula se da la quiralidad. Por ejemplo, en el ibuprofeno hay forma D y forma L. Pese a que una de las formas nuestro organismo no va a ser capaz de usarla, no se elimina del fármaco ya que resulta muy caro, sino que se deja ya que no interaccionará con nosotros ni para bien ni para mal. ACTIVIDAD ÓPTICA DE MOLÉCULAS ASIMÉTRICAS: los aa son capaces de absorber luz UV a determinada longitud de onda, esto en laboratorio permite cuantificar las proteínas. 4 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina CÓDIGOS DE LOS AMINOÁCIDOS Y CÓDIGO GENÉTICO Sólo los 20 aa proteicos están codificados genéticamente. Incluye secuencias de inicio y stop. El inicio es lo más importante de la traducción, ya que indica como empieza la secuencia. GRUPOS DE AMINOÁCIDOS SEGÚN NATURALEZA R AA ESENCIALES Y NO EN HUMANOS ESENCIAL NO ESENCIAL Arg* Ala * Aunque los mamíferos sintetizan arginina, hidrolizan la mayor parte para formar urea. His Asn - aa NO ESENCIALES somos capaces de sintetizarlos y no es necesario su aportación exógena en Ile Asp dieta. Son derivados por ejemplo de intermediarios de vías glucídicas y lipídicas (como el Acetil- Leu Cys CoA), y por ello como puedo hacerlos fácilmente no es necesario ingerirlos. Lys Glu - aa ESENCIALES no somos capaces de fabricarlos, las plantas son capaces de hacer cualquier aa. Met Gln Phe Gly NO PODEMOS ALMACENAR PROTEÍNAS, por lo que están en continua renovación. Se eliminan Thr Pro por la urea y si no los aa están usándose para formar nuevas proteínas, por eso cuando se deja de Trp Ser comer lo primero que se pierde es masa muscular. Val Tyr ** si aa apolar a pH fisiológico ni cogen ni suletan protones. AMINOÁCIDOS PROTEINOGÉNICOS CODIFICABLES Estos aminoácidos son los que se usan en la biosíntesis de las proteínas. APRENDERLOS CON FÓRMULAS Los rodeados de rojo EN FUNCIÓN DE LA POLARIDAD DE LA CADENA R son aa esenciales R ES NO POLAR (8) R ES POLAR (7), PERO SIN CARGA 5 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina R BÁSICO (POLAR CON CARGA + ) (3) R ÁCIDO (POLAR CON CARGA - ) (2) EN FUNCIÓN DE LA ESTRUCTURA DE LA CADENA R AMINOÁCIDOS ALIFÁTICOS AA CÍCLICOS AMINOÁCIDOS CON AZUFRE O HIDROXILOS EN R AMINOÁCIDOS AROMÁTICOS AMINOÁCIDOS BÁSICOS AMINOÁCIDOS ÁCIDOS Y SUS AMIDAS MODIFICACIONES POSTRADUCCIONALES Algunos aa de las proteínas son modificados postraduccionalmente. La metilación es de las modificaciones más comunes. 6 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina FUNCIONES NO PROTEICAS DE AMINOÁCIDOS Y SUS DERIVADOS La mayoría actúan como Nt o como hormonas. - Glu y Gly son neurotransmisores - Aminas derivadas con actividad biológica: histamina (derivada de Hys), serotonina (derivada del Trp), dopamina (derivada de Tyr), epinefrina (derivada de NE, derivada a su vez de dopamina, derivada de la Tyr) y norepinefrina - Algunas hormonas vegetales (auxinas). ALGUNOS AMINOÁCIDOS NO CODIFICADOS GENÉTICAMENTE SON INTERMEDIARIOS METABÓLICOS TAMBIÉN EXISTEN EN LAS CÉLULAS (PERO NO EN LAS PROTEÍNAS) AMINOÁCIDOS QUE NO SON ALFA AMINOÁCIDOS NO PREGUNTA, SOLO CURIOSIDAD RESUMEN SOBRE CARGAS Y PH EN LOS AA Tenemos que saber qué carga tiene un aminoácido a ph fisiológico, habrá 15 que no tendrán y otros 5 que sí (2 ácidos y 3 básicos). La carga de este aminoácido va a estar determinada por su grupo radical. Nos puede preguntar la carga en PH distinto al fisiológico: - pH>pK1: el grupo carboxilo estará cargado negativamente y el grupo amino tendrá carga +, la carga del aa es eléctricamente neutra - pH T∆S o ∆G Positivo: ∆H < T∆S - Si ENTALPÍA es negativa y la ENTROPÍA es positiva: el valor de ∆G SIEMPRE será negativo y el proceso espontáneo. o ∆G = ∆H (-) - T∆S (+) ➔ SIEMPRE SALDRÁ UN VALOR NEGATIVO PARA ∆G Teniendo en cuenta que la Tª siempre es positiva ya que estamos en condiciones fisiológicas humanas 37 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina El plegamiento progresivo de las proteínas desde un estado desordenado al estado nativo: Los plegamientos locales iniciales facilitan la obtención de la ESTRUCTURA NATIVA, que es la conformación funcional plegada (la más estable). Necesitamos favorecer mucho la entalpía, si es muy alta nunca consigo plegamiento espontáneo, por lo que solo determinadas situaciones con entalpía baja en las que consigo un correcto plegamiento en las proteínas, lo que hace que se repitan estructuras continuamente. Papel de los puentes disulfuro en la estabilización de las estructuras terciarias: - En algunas proteínas las estructuras terciarias están estabilizadas puentes disulfuro. - Esto suele ocurrir en proteínas grandes y con frecuencia en proteínas que salen de la célula. - La naturaleza del puente disulfuro (covalente) añade mucha estabilidad - Como cuesta mucho hacer estructura terciaria, se harán enlaces que favorezcan la estabilidad de esta estructura una vez conseguida. PLEGAMIENTO DE PROTEÍNAS Vamos a ayudar en el proceso de plegamiento, ya que así favorecemos el proceso. En la dinámica del plegamiento participan unas proteínas, las CHAPERONAS (existen muchas), que facilitan el plegamiento. Alteraciones en el plegamiento dan lugar a alteraciones (priones y enfermedades de las vacas locas). Por cadena mal plegada se pierde gran cantidad de energía estrés de retículo: acumulación de proteínas mal plegadas, lo que puede llevar a la CHAPERONAS apoptosis y ocasionar más estrés Son proteínas que participan en el plegamiento de las proteínas, implican gasto de ATP para anclarse a la secuencia y poder retenerla. En el plegamiento de muchas proteínas intervienen proteínas conocidas como chaperonas moleculares: - Las chaperonas tipo Hsp son proteínas de choque térmico, que protegen las proteínas desnaturalizadas por calor de agregación inapropiada, así como protegen a los péptidos de nueva síntesis: o Chaperonas Hsp70 o Chaperoninas, Hsp60 Son como dedales que "secuestran" una secuencia de la cadena - GroEL y GroES de Escherichia coli Pero también pueden intervenir otras proteínas: - Proteína disulfuro isomerasas: forman puentes disulfuro. - Peptidil prolil cis trans isomerasas: catalizan isomerización cis-trans de enlaces peptídicos en la Prolina. ** Alguien con diabetes tipo 2 sintetiza mucha insulina en las células beta pancreáticas, ya que en este tipo de diabetes hay Rc para la síntesis de insulina, pero hay un problema de sensibilización, cada vez se sintetiza más insulina. Cuando se produce tanta cantidad de proteína, cada vez hay más errores en el plegamiento (estrés de retículo: proteínas pliegan en retículo, que se satura con la cantidad de proteínas a plegar). ENFERMEDADES CONFORMACIONALES: AMILOIDES Y PRIONES AMILOIDOSIS - Amiloidosis visceral familiar: alteración en la lisozima - Polineuropatía amiloide familiar: alteración en la proteína fijadora del retinol. - Amiloidosis renal hereditaria: alteración en el fibrinógeno. 38 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina ALZHEIMER - Acumulación de proteína β amiloide (βA), que procede de la proteolisis parcial de una proteína de membrana denominada precursor del β amiloide (βPP). Se origina por la acción de unas secretasas. ENFERMEDADES POR PRIONES. (encefalopatias espongiformes transmisibles; EET) - Scarpie - Encefalopatía Espongiforme bovina (EEB): una proteína que debería ser hélice alfa se pliega en forma de lámina beta. - Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ) - Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob variante (ECJv) - Kuru ** PRION: proteínas mal plegadas que hace que proteínas adyacentes cambien su conformación también. Son por ello agentes causantes de determinadas enfermedades, agentes infecciosos. La enfermedad aparece cuando la PrP se pliega en conformación alterada PrPSc. FACTORES QUE CONTRIBUYEN A LA DESNATURALIZACIÓN PROTEICA La desnaturalización es el proceso por el cual las proteínas pierden sus estructuras, pasando a estructuras cada vez menos complejas y por ello perdiendo su función. Entre los factores de desnaturalización encontramos: - Aumento de la Tª: cuando aumenta, aumenta el valor de T∆S y se destruyen interacciones de la proteína, como los PDH. - Cambios de pH: al cambiar pH, cambiamos [H] y esto modifica la formación de PDH. - Cambios en la naturaleza del medio: cuando se cambia el medio varía la constante dieléctrica y por ello la atracción de cargas. choques osmóticos - Detergentes: emulsionan las grasas, y hacemos que el medio no favorezca la formación de micelas, bicapas, etc. Por lo que favorecemos la ruptura de la estructura terciaria. PREDICCIÓN DE LAS ESTRUCTURAS PROTEICAS A partir de las secuencias de proteínas se pueden hacer predicciones de sus posibles estructuras terciarias. Para llegar a establecer dichas estructuras finalmente es necesario el uso de otras técnicas (cristalización y difracción de rayos X, dicroismo circular etc.) que lo corroboren. Cada vez somos capaces de secuenciar más proteínas, y si además somos capaces de determinar la estructura que formará la secuencia en su plegamiento, avanzamos mucho, en lo que fallamos es en el ordenamiento de los aa al azar. También se pueden realizar estudios de mutagénesis dirigida. 39 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina Enzima constante T10. MIOGLOBINA Y HEMOGLOBINA + km = - afinidad al Ambas proteínas son proteínas de tipo globular y están especializadas, debido a su conformación y elementos constituyentes, en el sustrato transporte (Hb) y el almacenamiento (Mb) de oxígeno. ESTRUCTURA DE LA MIOGLOBINA Fue la primera proteína cuya estructura tridimensional fue resuelta, por Kendrew y cols en 1957. Presenta estructura globular y tiene: CARATERÍSTICAS Y COMPONENTES - En vertebrados: Mb en miocardio y músculo esquelético - Longitud: 153 aa - 8 alfa hélices (A-H) o segmentos helicoidales: envuelven a un anillo forma de hierro en su interior, esto bolsa una bolsa para el hierro que no puede estar en contacto directo con el agua. Si una His está en F8 es porque está en el helicoide F y la posición 8. - 5 segmentos NO helicoidales + 2 segmentos en los extremos - Pliegue de la globina: conformación de la proteína que permite al hemo transportar O 2 de forma reversible. Interior aas no que son muy conservados a lo largo de la evolución polares excepto 2 His (His F8 -His próximal o His 93- e His E7 -His distal-). Habrá una His proximal (F8) y una His distal (E7). La conformación de las moléculas de Mb y Hb son similares ya que sus funciones son similares, lo que cambia es donde se encuentran. Las His proximal y distal tienen funciones concretas: Captan y sueltan O2, ya que la distal pueden favorecer a - la afinidad y soltar el O2 ► HIS PROXIMAL: sujeta el hierro y es capaz de mover el anillo. ► HIS DISTAL: obliga al átomo de oxígeno a girar y no le permite estar en formación más estable, haciendo disminuir la afinidad de la molécula por la Hb o la Mb. La Mb cuando hay mucho Ox lo coge y cuando hay poco lo suelta, ya que su función es reservorio de Ox en músculo. GRUPO HEMO El GRUPO HEMO es derivado de la protoporfirina IX, y va a ser grupo prostético tanto en la Hb como en la Mb. Como cualquier grupo prostético tiene parte orgánica y parte inorgánica: - Parte orgánica: anillo de protoporfirina IX parte apolar - Parte inorgánica: átomo de Hierrro Este grupo aporta el color característico a la sangre, en condiciones normales está en estado de oxidación ferroso (Fe2+). La forma ferrosa es la única en que se puede unir al O2 de forma reversible. Los aa de la región de la proteína en que se sitúa el grupo hemo son no polares, excepto las 2 histidinas. 40 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina El hierro tiene 6 posiciones de coordinación (disposición octaédrica): más importante en Hb que en Mb - 4 con los átomos de N del anillo tetrapirrólico. Forman el anillo en mismo plano del grupo hemo. - 1 con la cadena lateral de la HIs proximal (5ª valencia de coordinación). A un lado del plano hemo. - 1 a la molécula de oxígeno (6ª valencia de coordinación). Al lado contrario del plano hemo. Las histidinas pueden cambiar la configuración del grupo hemo, haciendo que varíe la afinidad La 5ª valencia de coordinación del átomo de hierro del grupo hemo: nitrógeno del residuo de His F8 (proximal) La 6ª valencia de coordinación del átomo de hierro del grupo hemo: centro de unión del átomo de O2 41 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina ** La afinidad del Fe+2 en la Hb y Mb por el O2 mejora respecto a la afinidad por el CO gracias a La His E7. Si no la estuviese la afinidad del CO sería mucho mayor. ** Si el oxígeno se une al hierro del complejo de coordinación con la porfirina, por qué no es suficiente con esta estructura ¿por qué se necesita la parte proteica? - El Fe+2 se oxida rápidamente a Fe +3 en medio acuoso y éste NO se une al oxígeno. El entorno apolar juega un papel crucial para mantener al hierro como Fe+2. - Esto se ilustra con los complejos de Collman. Cuando el Fe se oxida se forma METAHEMOGLOBINA (color pardo de la sangre desecada). - En los eritrocitos hay metahemoglobina reductasa que vuelve a reducir las pequeñas cantidades de metahemoglobina que se forman. Esta enzima está implicada en la detoxificación del NO que se produce en el organismo de forma natural (molécula implicada en la vasodilatación) ► NO + MbO2 ➔ NO3 + metaMb ESTRUCTURA DE LA HEMOGLOBINA Cuatro cadenas polipeptídicas 2 de un tipo y 2 de otro. La HEMOGLOBINA A, la predominante en el adulto se compone de 2 cadenas α y 2 β en distribución tetraédrica. los reptiles tenían 4 alfa y 4 beta Existen varios tipos de hemoglobina y todas están formadas fundamentalmente entre cadenas α y β. - Las interacciones α1β1 y α2β2 implican 35 residuos - Las interacciones α1β2 y α2β1 implican 19 residuos: más escasas y de tipo polar, no covalentes. La mayoría de interacciones son de tipo hidrofóbico, aunque también hay puentes de H y salinos. Cuando se compara con la hemoglobina se encuentra una gran similitud en su estructura terciaria aunque sólo 24 de los 141 aminoácidos de las cadenas α y β coinciden con los de la mioglobina. Esto demuestra que secuencias aparentemente distintas pueden llegar a dar estructuras muy parecidas. No obstante, cuando se estudia la secuencia se pueden apreciar más similitudes (cambios conservativos). Como es lógico, los residuos conservados entre Mb y Hb tienen papeles estructurales y funcionales clave. RESIDUOS CONSERVADOS - E8 His proximal - CD1 phe : contactos grupo hemo - B6 gli: contactos grupo hemo - E7 His distal - F4 leu : contactos grupo hemo - C2 Pro: terminación de hélice La subunidad gamma deja de expresarse, pero nacemos con ella, luego es sustituida por la beta. La gamma es fetal 42 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina EVOLUCIÓN EN LOS GENES DE LA GLOBINA Se sabe que las primeras Hb aparecieron hace millones de años porque las lambreas (pez prehistórico) solo tenían una Hb, con una cadena alfa y una beta, hace como 500 millones de años. Desde entonces con la evolución ha habido cambio en determinados genes y en las estructuras de la proteína por ello. los problemas son más comunes en el beta Todos los mamíferos tenemos 4 subunidades. Tenemos 4 genes de alfa y 2 de beta, porque los otros 2 de beta pasaron a gamma. Siendo más posibles las mutaciones en beta, ya que tenemos 2 copias de cada gen alfa pero solo uno de cada beta, al pasarse 2 de ellos a gamma. Cuando un gen se usa mucho se mantiene en el proceso evolutivo, si no se usa mucho se va perdiendo o modificando. UNIÓN DEL DÍMERO ALFA-BETA Se produce por enlaces iónicos, es decir, cada dímero se estabiliza internamente (alfa-alfa y beta-beta o gamma-gamma) por PDH y la estailización de un dímero con otro es por puente salino. CINÉTICA DE SATURACIÓN DE LA MIOGLOBINA Y LA HEMOGLOBINA La Mb y Hb solo sueltan el oxígeno cuando hay poco, ya que cuando hay mucho se unen a él, porque tiene mucha afinidad. El primer oxígeno es difícil de coger, pero una vez cojo este el resto se unirán muy rápido, hay COOPERACIÓN entre las subunidades. La gráfica normal de la Hb sin cooperación sería una línea recta, ya que tardarían mucho más en unirse los átomos de Ox a los centros activos de las moléculas de Hb. cuesta empezar a tener o2, pero cuando tiene la afinidad sube muy rápido Se unirán todas las moléculas de oxígeno posibles hasta que la ez llega a forma oxi o R, con el o2/ desoxi, sin el 02 su punto de saturación. CINÉTICA ENZIMÁTICA DE LA MIOGLOBINA La unión reversible del oxígeno a la Mb se puede describir con el equilibrio: La constante de disociación o K: [𝑀𝑏][𝑂!] [MbO2]: concentración de oximioglobina 𝐾 = [Mb]: concentración de desoximioglobina [O2]: concentración de oxígeno sin combinar con Mb La ecuación de saturación (Y) es: 𝑛º 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑠 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑂! 𝑌= 𝑛º 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑂! [𝑀𝑏𝑂!] + [𝑀𝑏] 43 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina Considerando las dos expresiones anteriores, sustituyendo [Mb] [O2]/K por [MbO2] en la expresión de saturación. Expresando la concentración de oxígeno en términos de presión parcial, como corresponde a un gas en equilibrio con una disolución. 𝑝𝑂3 𝑌 = Ecuación de una hipérbola El VALOR DEL P50 de la Mb es demasiado bajo para transportar O2 en la sangre. La liberación de O2 de la Mb depende de movimientos dinámicos internos de la proteína, que permiten la apertura de un camino para que la molécula de O2 escape del bolsillo del hemo. CINÉTICA ENZIMÁTICA DE LA HEMOGLOBINA TRANSICIÓN OXI-DESOXIHEMOGLOBINA: los cambios de conformación por la unión del oxígeno se transmiten a través de los contactos α1-β2 y α2-β1. Las interacciones α1β1 y α2β2 NO SE MODIFICAN en la transición desoxi-Hb/ oxi-Hb. Es decir, en la transición solo se modifican las interacciones entre cadenas alfa y beta de dímeros diferentes, no los de dentro del mismo dímero. La unión reversible del oxígeno a la Hb se puede describir con el equilibrio: La constante de disociación o K: 𝑛º 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑠 𝑜𝑐𝑢𝑝𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑂! La ecuación de saturación para la Hb (Y) es: 𝑌= 𝑛º 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑡𝑖𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑂! Considerando las dos expresiones anteriores podemos concluir que: Ecuación de una cinética de tipo sigmoide La curva de unión de oxígeno sigmoidea pone de manifiesto el carácter cooperativo de la unión de oxigeno a la hemoglobina, para generalizar la expresión anterior, se sustituye el exponente 4 por n y considerando el 50% de saturación: Ecuación general de la unión de la Hb y de la Mb al oxígeno Hay COMPORTAMIENTO COOPERATIVO ALOSTÉRICO: se da un cambio conformacional en la Hb cuando se une el primer átomo de oxígeno, haciendo aumentar exponencialmente la afinidad por el oxígeno. Este comportamiento se explica más adelante. 44 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina Cuando se une el primer oxígeno a la Hb: - Los enlaces iónicos que unen alfa-beta, al ser débiles pueden cambiar, y cuando se une el primer átomo de oxígeno se hacen rotar estos enlaces iónicos, se desplazan, y conseguimos cambiar el plano de la molécula, las 4 subunidades se colocan diferente y esto permite la exposición de los sitios de unión del oxígeno para que se unan los otros 3 oxígenos a la vez. - La posición del Fe cambia, pasando de un punto fuera del plano del tetrarpirrol a estar contenido en dicho plano (movimiento hacia abajo en el dibujo), lo que arrastra la estructura y provoca el desplazamiento de las subunidades. El cambio conformacional favorece la entrada de otras moléculas de oxígeno (aumentando la afinidad). CONFORMACIONES ESTABLES DE LA HEMOGLOBINA ESTADO T o TENSO: predomina la FORMA DESOXIGENADA. Está más contraída porque presenta 8 enlaces salinos (por fuerza electrostática). más favorecida ESTADO R o RELAJADO: predomina la FORMA OXIGENADA. Se cambia el plano del anillo tetrapirrólico y no hay enlaces salinos. la unidad del o2 provoca un deslizamiento de las subunidades, la posición de Fe cambia, contenido ahora en el plano del anillo pirrólico, favorece la entrada de más o2 ** REGLA NEMOTÉCNICA: cuando está en conformación T, es decir, está Tensa porque quiere oxígeno, y una vez que lo encuentra y se une a él se relaja y entra en conformación R o relajada. MODELOS QUE EXPLICAN LA UNIÓN OX-HB: PREGUNTA EXAMEN ► MODELO SECUENCIAL - Si se une un oxígeno cambia una molécula a forma R, y cuando se una otro cambia otra. - En este modelo la unión de un ligando cambia la conformación de la subunidad a la que se une y este cambio induce cambios en las subunidades adyacentes. ► MODELO CONCERTADO - Según este modelo todas las subunidades del ensamblaje deben estar en una misma conformación, siendo la probabilidad de estar en el estado R mayor a medida que se une el ligando. En el caso de la hemoglobina ninguno de los dos modelos refleja el comportamiento de la misma. La conducta parece concertada cuando tiene tres lugares ocupados y la conformación es mayoritariamente R. No obstante, cuando ha unido sólo un oxígeno su estructura permanece como T y enlaza el siguiente con mucha mayor afinidad. Hay MODELOS MIXTOS que parecen explicar mejor el comportamiento de la hemoglobina. RESUMEN GENERAL MIOGLOBINA: todo el oxígeno que hay lo capta y almacena, hasta el momento en que no haya (casi 0) y lo suelte. HEMOGLOBINA: capta oxígeno en pulmones siempre (si se coge en otro sitio hay problemas) donde hay una elevada concentración de oxígeno. Suelta el oxígeno donde haga falta. Por ejemplo, llega HbO2 a las células y necesito soltar todo el oxígeno, para ello hay que bajar mucho la afinidad de la Hb por el O2, cambiando los enlaces iónicos. 45 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina EFECTO BOHR Se conoce como EFECTO BOHR a la disminución de la afinidad de la Hb por el O enpara soltarlo consecuencia de la disminución del pH (no baja mucho tampoco porque 2 habría acidosis). Para cambiar los enlaces iónicos hay que cambiar el pH, y como del metabolismo celular obtenemos como deshechos CO2 y H2O, estos se unen y forman tampón bicarbonato, que aumentará la [H2] y hará que los enlaces iónicos de la Hb cambien y la afinidad de la Hb por el O2 disminuya, soltando oxígeno y a la vez nidrasa carbónica cogiendo CO2 (carbaminohemoglobina = HbCO2) para eliminar en pulmones ya que la afinidad por el CO2 aumenta con esto. En pulmones CO2 sale, la Hb al estar en un sitio con elevada [O2] vuelve a aumentar su afinidad por él y a disminuir la del CO2. TRANSPORTE DE CO2 UNIDO A PROTEÍNAS: CABAMATOS El CO2 reacciona de forma reversible con residuos N-terminales de la Hb. Debido a la introducción de un grupo cargado negativamente se van a formar puentes salinos que estabilizan el ESTADO T de la Hb, la desoxihemoglobina. El CO2 también disminuye la afinidad de la Hb por el O2, ya que hace que la molécula de Hb no pueda cambiar a la forma R. BASES MOLECULARES DEL EFECTO BOHR la prolina une los carbamates, se pone en forma T y cuesta salir de esta En la desoxi Hb se aprecian puentes salinos entre tres aa que estabilizan la estructura en el ESTADO T. El que se pueda formar el puente de H depende de la adición de un protón a la histidina β 146. La oxigenación, cambia la conformación, se rompe el puente salino y el protón se libera más fácilmente: ► Desoxi-Hb (con protón unido y puente salino) +O2 f-➔ Oxi-Hb (sin puente salino) + H+ Por otro lado, parte del CO2 de la sangre se une a la Hb formando carbamatos en los extremos aminos de las cadenas: ► R-NH2 + CO2 f-➔ R-NH-COO- + H+ REGULACIÓN ALOSTÉRICA La hemoglobina presenta dos fenómenos en cuanto a la unión del O2: a) Por una parte la unión del O2 es COOPERATIVA, es decir, la unión del primer oxigeno favorece la unión de otros oxígenos al mismo tetrámero de Hb. b) La unión del O2 a la Hb está regulada por EFECTORES ALOSTÉRICOS (H+, CO2, BPG), que modifican la capacidad de unión del O2 a la Hb, uniéndose a sitios distantes del centro de unión del O2 a la proteína. Estas interacciones entre centros no próximos se denominan alostericas. La hemoglobina es la proteína alostérica mejor estudiada, aunque NO es una enzima. ** Diferencia entre bi y bis: BI grupos fosfato unidos entre si, y BIS porque cada uno está en un carbono. 46 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina ** Si el primer oxígeno fuese muy afín a la Hb sería poco eficiente ya que el oxígeno que suelta la Hb en tejidos se volvería a coger por más Hb y actuaría como molécula de reserva y no de transporte. 2,3 BGP (BIFOSFOGLICERATO) Esta molécula baja la afinidad de la Hb por el oxígeno, actuando como INHIBIDOR ALOSTÉRICO. Se mete en el interior de la molécula de Hb y modifica la conformación. Esto permite evitar el mal de altura en montañas, necesitamos bajar la afinidad de la Hb por el oxígeno. ¿Cómo actúa el 2,3BPG? - Se une a la cavidad central de la Hb estableciendo interacciones electrostáticas con grupos cargados +. - Estos enlaces iónicos estabilizan la conformación de la desoxiHb, disminuyendo así su afinidad por el O2. en caso de mal de altura muy grave la solución es una inyección de Efecto de la altura sobre el 2,3BGP y la saturación de oxígeno corticoides muy grande, pero no tiene porque mejorar - A nivel del mar: presión parcial de oxígeno es alta, Hb se carga al 100%. - A gran altitud: la Hb no va a ser capaz de saturarse del todo, porque la presión parcial de oxígeno baja a mayor altura. El cuerpo ante la altitud aumenta la concentración de BGP en sangre, para disminuir la afinidad de la Hb por el oxígeno. Así cogemos menos oxígeno, pero lo distribuimos mejor, en los tejidos se va a liberar más fácil por ser menos afín. Antes para evitar mal de altura se mascaba hoja de coca, hoy en día se contrarresta con corticoides. Es preferible no tener tanta afinidad por el o2 para que sea + fácil soltarlo y no tener tanta afnidad HEMOGLOBINA FETAL – 𝛂2𝛄2 La hemoglobina fetal está compuesta por la unión de 2 subunidades alfa y 2 subunidades gamma. La subunidad gamma se originó por duplicación génica y presenta una homología del 72 % con las cadenas β. Una de las diferencias consiste en una mutación de la histidina 143 de la cadena β por una serina. Esto hace desaparecer dos cargas + de la hemoglobina. Así, el 23BG se une con mayor dificultad y por consiguiente tiene un menor efecto inhibitorio sobre la afinidad del oxígeno en a la hemoglobina fetal que en la adulta. En definitiva, esto permite un trasvase de oxígeno de una a otra en la placenta. ENFERMEDADES RELACIONADAS CON LA HEMOGLOBINA Mutaciones con sentido equivocado en el ORF de α o β: Talasemias (α o β): se dan por alteraciones en la síntesis de cambio de un aminoácido por otro. las cadenas. Puede darse por: - Drepanocitosis (ej. anemia falciforme) - Falta del gen - Alteración de la afinidad por el oxígeno - Alteraciones en la región del promotor: expresión - Pérdida del grupo hemo disminuida - Disociación del tetrámero - Error en el ORF del gen: cadenas anómalas 47 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina ANEMIA FALCIFORME Los hematíes son falciformes (forma de hoz-foto de la izquierda), quedan atrapados en capilares y se hemolizan. En las CADENAS BETA el glutámico se cambia por una Valina, haciendo que no se pueda unir una cadena beta normal. La interacción se produce entre desoxiHb pues en esta conformación se genera un hueco hidrofóbico (con un restos de fenilalanina 86 de β1) en el que encaja la valina 6 de β2. De ahí que se desencadenen la polimerizaciones en el retorno venoso Esta patología hace que no se pueda transportar suficiente oxígeno por la forma de los hematíes, por lo que habrá una serie de problemas asociados. ¿Es muy grave la anemia falciforme? - En heterocigosis no es del todo mala, no suele presentar síntomas. Pero en homocigosis si es grave. - La MALARIA o PALUDISMO no es capaz de entrar en eritrocitos falciformes, por tamaño no cabe. Por ello anemia falciforme en heterocigosis tiene beneficio ya que te vuelves inmune a la misma. Mientras que la anemia falciforme en homocigosis hace que aparezcan problemas con el transporte de ox. en sangre. - La mutación HbS es muy frecuente en Africa. La población portadora del rasgo falciforme es resistente a la malaria, enfermedad causada por el parásito Plasmodium falciparum y trasmitida por la picadura de los mosquitos anopheles. TALASEMIAS Estudiar, entra en ezamen Se producen por defectos genéticos que afectan a las cadenas α o β de la hemoglobina. Se produce una proteína anormal o una cantidad inadecuada de la proteína. Se produce una gran destrucción de glóbulos rojos, lo que produce anemia. Son hereditarias, generalmente como autosómicas recesivas. Encontramos entonces dos tipos de talasemia, según en que cadena está la mutación: ► α – TALASEMIA: mutación de uno o más de los 4 genes de la proteína globina α (cromosoma 16) de la HBA. En esta talasemia no se produce suficiente cantidad de cadena alfa , se forman tetrámeros de cadenas β (Hb H) que son capaces de unir oxígeno con alta afinidad pero sin cooperatividad por lo que no se libera con normalidad. ► 𝛃- TALASEMIA: mutación de uno o de los 2 genes de la proteína globina β (cromosoma 11) de la HBA. Al no producirse esta subunidad en cantidad suficiente se forman agregados de cadenas α que precipitan y causan la muerte de los eritrocitos. Cada tipo de talasemia tiene muchos subtipos. Tanto la α-talasemia como la β pueden presentarse en una de las siguientes formas: ► MAYOR: la presentan los homozigotos para la mutación. ► MENOR: la presentan los heterocigotas para la mutación. Las personas con esta forma del trastorno son portadores de la enfermedad y por lo general no tienen síntomas. La TALASEMIA 𝛃 es más frecuente que la TALASEMIA α La forma más grave de α- TALASEMIA MAYOR causa mortinato (muerte del bebé nonato durante el parto o en las últimas etapas del embarazo). Los niños nacidos con 𝛃- TALASEMIA MAYOR (anemia de Cooley) son normales en el nacimiento, pero desarrollan anemia grave durante el primer año de vida. Tratamiento: transfusiones o trasplante de médula ósea. Las personas con las FORMA MENOR DE α -TALASEMIA y 𝛃 -TALASEMIA tienen glóbulos rojos pequeños, pero no presentan síntomas graves, algo de cansancio/fatiga en algunas ocasiones. 48 Bloque II. Proteínas Mc Steamy URJC – 1º Medicina 1 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina hay 2 preguntas en examen de coenzimas T11. ENZIMAS En este tema se van a desarrollar los siguientes puntos: o Conceptos: Enzima, Sustrato, Co-sustrato y Coenzima o Cinética enzimática. Saturabilidad o Características de la catálisis enzimática: o Cinéticas Hiperbólicas o Especificidad o Cinéticas sigmoidales o Elevado poder catalítico irreversible, competitiva, no competitiva y o Inhibición enzimática acompetitiva o Mecanismo de acción de los enzimas. Nomenclatura o Factores que afectan a la actividad enzimática o Regulación de la actividad enzimática o Aplicaciones: Análisis y Diagnóstico. Farmacología INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS Los enzimas son biocatalizadores que en la gran mayoría de los casos son de naturaleza proteica, aunque hay algunos de naturaleza diferente. Van a acelerar reacciones pero sin desplazar nunca el equilibrio de las reacciones, su acción se basa en la disminución de la energía de activación para conseguir así un aumento en la velocidad de la reacción. no se recicla ► SUSTRATOS Y COSUSTRATOS: moléculas que participan en la reacción (se transforman). se recicla ► COFACTORES: frecuentemente para la catálisis además del enzima se requiere un cofactor. Este puede ser una molécula orgánica (coenzima) o algún metal (factor metálico). o HOLOENZIMA: cuando se hace referencia al enzima y al cofactor o APOENZIMA: cuando se hace referencia sólo al enzima, generalmente, la parte proteica. o GRUPO PROSÉTICO: cuando cofactor está fuertemente unido al enzima, por enlaces covalentes. ► COENZIMAS: molécula orgánica de naturaleza no proteica necesaria para la catálisis. Es un tipo de cofactor. vitaminas o CO-CATALIZADORES: cuando no se alteran en la reacción o CO-SUSTRATOS: cuando se alteran en la reacción o Muchas vitaminas, pero no todas, son coenzimas o precursores de coenzimas en caso contrario podría bloquear líneas metabólicas CARACTERÍSTICAS DE LA CATÁLISIS ENZIMÁTICA - Especificidad de sustrato: llegan a diferenciar entre estereoisómeros. - Elevado poder catalítico: aumentan muchísimo la velocidad de reacción. no cataliza reacciones no espontáneas deben tener varias subunidades que puedan operar, es cuaternaria - Cinéticas de saturación: que van a ser sigmoides o hiperbólicas. Podemos representar la cinética enzimática en gráficas donde representamos la velocidad en función de la [sustrato]. hay un momento en el que por mucha cantidad que añadimos, no aumenta la velocidad - Funcionamiento de las enzimas: disminuyen Ea (energía de activación) y favorecer llegar al estado de transición, donde se va a pasar de sustratos a productos. es la forma más fácil del sustrato para transformarse en producto - NO MODIFICAN EQUILIBRIO NI ENERGÍA DE GIBBS: hacen que el equilibrio llegue antes, pero no modifican las reacciones, solo las aceleran. Hay un sistema internacional de bioquímica que se nombran con un código de 4 nº Al dividir los pasos tenemos un mayor rendimiento energético  2 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina MODELOS DE UNIÓN ENZIMA-SUSTRATO 1. MODELO LLAVE-CERRADURA: sustrato es complementario al centro activo de la enzima ** No solo tiene que haber complementariedad física, sino que también química. Por ejemplo, si la ez tiene muchos aa cargados negativos, el sustrato tendrá aa cargados positivos. 2. MODELO AJUSTE INDUCIDO: la enzima cambia su forma cuando se une el sustrato, haciéndose complementario el centro activo al sustrato en el momento en que se unen ez-sustrato. ** Centro activo: C.A son los lugares del enzima donde se produce la catálisis y están formados residuos que pueden estar muy distantes en la secuencia. Los centros activos proporcionan los elementos y el medio necesarios para la catálisis. CLASIFICACIÓN ENZIMÁTICA no entra La clasificación de los ez va en función de un nº asignado, es un nº EC (enzynme comission) de 4 dígitos que informa de la clase y otras características del ez. EC seguido de 4 nº separados por puntos: 1. Indica a cúal de las 7 clases o grupos pertenece 2. Se refiere a distintas subclases dentro de cada clase, informa por ejemplo del sustrato 3. Se refiere a la sub-subclase e informa de grupos químicos o aspectos específicos de la reacción 4. Se refiere al número de orden del enzima dentro de su sub-subclase 3 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina CINÉTICA ENZIMÁTICA Podemos encontrar dos tipos de cinética enzimática: CINÉTICA HIPERBÓLICA (ez Michaelianas) - Aprox Michaelis Menten v0 = vmax[S]/ Km + [S] - Estado estacionario CINÉTICAS SIGMOIDALES - Cooperatividad o alosterismo - Punto de inlfexión Para poder realizar el estudio enzimático hay que mantener la [enzima], que hará disminuir la [sustrato] a medida que aumenta la velocidad hasta llegar a la velocidad máxima, en nuestro organismo nunca se llega a esta velocidad. Fisiológicamente siempre estamos en parte lineal de la hipérbole, porque cuanto más sustrato tengo más ez sintetizaré, y si no hay sustrato dejaré de producirlas o degradará las que no necesito. 1. CINÉTICA HIPERBÓLICA La cinética hiperbólica fue descrita por MICHAELIS MENTEN, dijo que la reacción ocurre en dos etapas, una lenta y otra rápida. Siendo la lenta la fase limitante. La Km da info sobre la disociación del complejo ES, y es igual a la [S] cuando se alcanza la mitad de la velocidad máxima (ud es en molares). La Km tiene una elevada importancia fisiológica ya que si: - Km es muy grande: tardo en llegar a la mitad de la velocidad máxima y ez poco afin a sustrato - Km es muy pequeña: tardo poco en llegar a la mitad de la velocidad máxima y ez muy afín al sustrato Esta igualdad surge de hacer la inversa de la ecuación de la gráfica de la derecha Representación de Lineweaver-Burk: Representación de Inversos Se asemeja a la ecuación de una recta donde Y = mx + n Se puede obtener realizando un colorímetro, la velocidad se saca de la pendiente de f(x)  4 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina ¿A la misma concentración de dos sustratos (glucosa y fructosa) que coge la enzima? - Coge la glucosa, porque la afinidad por la ez es mayor que la de la fructosa. Sabemos que la glucosa es más afín porque su Km es menor a la de la fructosa. Esto ocurre cuando las concentraciones son iguales, si la concentración de fructosa fuera mayor cogería antes a la fructosa. hexoquinasa: fosforila a glucosa y fructosa, posee 2 sustratos. La glucosa se fosforila antes Representación de Hanes-Woolf Es una alternativa a la representación de Hanes-Woolf: - Se multiplica por [S] a ambos lados de la igualdad - Se cambian términos a la derecha - Cambian los puntos de intersección con X y con Y - La pendiente también cambia ** Otra representación es la de EADIE-HOFSTEE, pero no dio mucha importancia en clase. La que más importancia ha dado es la de Lineweaver- Burk. Modelo del Estado Estacionario de Briggs y Haldane Este modelo dice que la concentración del complejo ES es pequeña y constante a lo largo de toda la reacción. - Sostiene que no hay una etapa más rápida que otra. - Como [ES] es constante, su aparición = desaparición y su velocidad de aparición y desaparición es la misma. - [ES] no varía en el tiempo una reacción es reversible si es espontánea si es muy grande la energía libre de gibbs (exotérmica), es irreversible la km ha de ser similar, pero diferentes se favorece a que se produzca la reacción según en que lado hay más [], aunque también influye la Se ve la relación de enzima y transición enzima-sustrato respecto a los regulación alostérica en el metabolismo hay muchos pasos para que las reacciones no sean reversibles productos.. Nunca se pierde toda la enzima, parte no pasa al complejo PARÁMETROS ENZIMÁTICOS E-S, por si es necesario en otro momento ► KM: es la constante de disociación del complejo ES y es igual a la [S] cuando se alcanza la mitad de la velocidad máxima. marca la afinidad ► V.MÁX: es la velocidad máxima a la que va la reacción, se alcanza cuando la enzima está completamente saturada por sustrato, es decir, no se puede formar más complejo ES porque todos los centros activos de la enzima están ocupados. Hay enzimas más rápidas que otras, pero no tiene relación con la afinidad ► NÚMERO DE RECAMBIO O CONSTANTE CATALÍTICA: nº de lugares en que la enzima puede alojar al sustrato. Los mismo que decir que es el nº de procesos de reacción que cada centro activo procesa por unidad de tiempo. DA VELOCIDAD REAL DE LA EZ. En verdad casi nunca se usa esto, se suele dividir Km entre esto y da una muestra mayor de la velocidad y afinidad de la enzima, pero se usa poco. Se usa más la actividad específica. A mayor Kcat mayor eficacia de reacción y más rapidez en catálisis. - Si V=Kcat [ES] ➔ El valor máximo de [ES] = [Et] Kcat = Vmax/[Et] ► ACTIVIDAD ESPECÍFICA: μmoles de sustrato transformados por minuto y por mg de proteína total. SE USA MUCHO PARA MEDIR LA CAPACIDAD DE LA ENZIMA. A más cantidad más actividad habrá. ► UNIDAD (ENZIMÁTICA): cantidad de enzima que transforma un μmol de sustrato por minuto. Fármacos se venden en función de unidades enzimáticas. lo que se usa clínicamente. La concentración de enzima no es constante 5 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina REACCIONES CON MÁS DE UN SUSTRATO MODELOS SECUENCIALES Estos modelos explican reacciones en que todos los sustratos deberán unirse a la enzima para que esta pueda llevar a cabo la catálisis de la reacción. No se empezarán a formar productos hasta que todos los sustratos estén unidos a la enzima. Por ejemplo el caso de la lactato-deshidrogenasa. ORDENADO - Se une primero un sustrato y después otro. Siempre se unen en el mismo orden. Hay una secuencia de reacción obligada. AL AZAR - No hay orden ni secuencias de unión. MODELOS DE DOBLE DESPLAZAMIENTO: PING-PONG Primero se une un sustrato a la enzima y debe liberarse un producto antes de que se una el segundo sustrato. 1º sustrato se une a la ez ➔ 1º producto 2º sustrato se una a la ez ➔ 2º producto Se pueden hacer aminoácidos a partir de este, por ello el catabolismo tiene rasgos anabólicos ** El 2º sustrato suele estar modificado el unirse a la enzima por quedar en el centro activo de la enzima restos del 1º sustrato. Este modelo se da en los sistemas de lanzaderas por ejemplo, donde es necesario que el primer sustrato transfiera algún grupo al segundo para que pueda darse la 2º parte de la reacción. En el ejemplo de la foto se une primero el aspartato y le transfiere el grupo -NH3 a la enzima. El oxalacetato es el primer producto, y este será sustituido por el segundo sustrato, el alfacetoglutarato. FACTORES QUE AFECTAN A LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Las enzimas, debido a que son proteínas, se ven alteradas por cambios en determinados factores, que hacen que las enzimas pierdan su conformación y por ello su función. Entre ellos están: - PH: si salimos del rango de pH óptimo para cada enzima se van a modificar las interacciones entre las cadenas que mantienen la estructura proteica, y se produce la pérdida estructural de la enzima. Cada enzima tendrá su rango de pH, ya que por ejemplo hay enzimas cuyo punto máximo de actividad es en rangos de pH muy ácidos (pepsina en estómago) y otras en pH muy básico (arginasa). - Tª: con el aumento de la Tª aumenta la actividad de las enzimas, pero hasta cierto punto, a partir del cual hay desnatularización enzimática. - MEDIO: afecta a la estructura. proteíca y a su polaridad. 6 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina 2. CINÉTICA SIGMOIDAL: ENZIMAS NO MICHAELIANAS Va a haber una serie de enzimas que no se comportan siguiendo la cinética Michaeliana, si no que seguirán una cinética sigmoidal por el efecto de cooperatividad. Estas enzimas van a tener dos conformaciones posibles: CONFORMACIÓN RELAJADA (R): se trata del estado activo de la enzima, en que se encuenta unida al sustrato. Es la forma más activa de la enzima. - Controlado por moduladores alostéricos positivos o activadores: hacen que se favorezca la forma R de la enzima CONFROMACIÓN TENSA (T): se trata del estado inactivo de la enzima, donde no está unida al sustrato. Es la forma incativa, inhibido o menos activa de la enzima. - Controlado por moduladores alostéricos negativos o inhibidores: hacen que se favorezca la forma T de la enzima El inicio de la glucólisis depende de la concentración de glucosa. Con ATP elevados se necesita más concentración. Con ADP elevado se necesita menos concentración. Una enzima con muchos reguladores (ATP o ADP) nos permite decidir si entrar o no en glucólisis. El mg suele estar unido al ATP, mucho Mg indica poco ATP. Varía la Km Aquí no hablamos de ocupación de la enzima, sino que vemos cómo se va convirtiendo sustrato en producto, pero en varios pasos. En el metabolismo el cambio de la conformación tensa a la relajada se modula por una serie de moléculas, llamadas MODULADORES ALOSTÉRICOS. Cuantos más moduladores se usan más activo o inactivo la reacción. Por ejemplo un modulador alostérico positivo en rutas metabólicas suele ser el ADP y negativo el ATP, ya que cuando ya hay suficiente energía no se necesita producir más, entonces el ATP para las reacciones. Otro regulador negativo suele ser el producto final de una reacción, por ejemplo, los productos finales del ciclo de Krebs inhibirán las ez que llevan a cabo las primeras reacciones del ciclo. ISOENZIMAS son dependientes de cada tejido, adaptándose a esllos Son distintas formas de una ez pero que catalizan todas la misma reacción (cada una en un sitio o una zona concreta) pero tienen cadenas polipeptidicas de diferente composición en aa. Son reguladas de forma diferente y tienen parámetros cinéticos (Km y Kcat) diferentes y con distintas moléculas de regulación. Los isoenzimas surgen por duplicación génica y posterior evolución. Aloenzimas simbolizan enzimas de diferentes alelos de un mismo gen y las isoenzimas de diferentes genes cuyos productos catalizan la misma reacción, los 2 términos se usan con frecuencia indistintamente LACTATO DESHIDROGENASA Es un tetrámero con dos tipos de subunidades: subunidad H y M. Lleva a cabo la transformación de piruvato en lactato. Se trata de una reacción bidireccional, en función del metabolismo o tejido en que estemos irá en un sentido u otro. Tiene 5 isoenzimas: Fermentación láctea, respiración anaerobia. Puede bloquear las líneas metabólicas LDH1: 4 cadenas H (H4) y está en miocardio y eritrocitos (reacción de piruvato a lactato) En miocardio se necesita más piruvato para la respiración anaerobia LDH2: 3 cadenas H y 1 cadena M (H3 M) y está en miocardio y eitrocito LDH3: 2 cadenas H y 2 cadenas M (H2M2) y está en cerebro y riñón LDH4: 1 cadena H y 3 cadenas M (HM3) y está en diversos tejidos Intermediario de la gluconeogénsis LDH5: 4 cadenas M (M4) y está en hígado y músculo esquelético (reacción de piruvato a lactato) LDH EN DIAGNÓSTICO: en situación normal hay en plasma LDH2 sobre todo y también hay LDH1. Tras infarto de miocardio hay más LDH1 que LDH2. Si hay congestión hepática aumenta nivel de LDH5. En riñón, corazón y cerebro no podemos quedarnos sin oxígeno, por lo que se favorece en estos sitios un metabolismo aeróbico. El caso del hígado de tener más M que el músculo se debe a que el hígado hace la reacción contraria, no trabaja sin O2, pasa lactato a piruvato Por orden de afinidad de quinasas de glúcidos (hexoquinasa): cerebro, corazón, hígado (no le gusta la glucosa). En el hígado (almacena glucógeno, se encarga de regular el metabolismo de esta hexosa) esta afinidad provoca que cuando se hidroliza/fosforila la glucosa, el hígado la deja ir, así trabaja la glucoquinasa. Cantidades altas de glucosas tanto como bajas son peligrosas por ello el hígado se encarga de regularlo 7 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina LOS PREGUNTA SIEMPRE ZIMÓGENOS Son enzimas en su forma inactiva o no funcional, que necesita de la escisión de una parte para activarse y ser funcional. Cuando ya no se necesitan se degradarán unas a otras. Forma de bloqueo del principio activo enzimas, impidiendo formación del complejo enzimas-sustrato eatas enzimas son peligrosos si actúan en exceso Tenemos zimógenos en: - ENZIMAS DIGESTIVAS: sintetizadas en páncreas, se sintetizan en forma de zimógeno ya que si no degradarían las porteínas pancreáticas. - ENZIMAS DE LA CASCADA DE COAGULACIÓN - SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA El sistema del complemento, Son muy peligrosas ZIMÓGENOS DIGESTIVOS Se fábrica en el páncreas El tripsinógeno es la forma inactiva, es decir el zimógeno, de la tripsina. Este se activa cuando entra al duodeno (pH básico). Rompen enlaces peptídicos, si se activan en el páncreas podían digerir órganos, ya que las proteínas es lo más abundantes por debajo del agua La enteropeptidasa escinde una parte concreta del tripsinógeno, que hace que su centro activo se releve y se vuelva tripsina, forma activa. Lo que no se rompe, será digerido por bacterias Se activan rompiéndose, pero por un lugar específico para que se active su principio activo, luego se activan entre ellas controladamente, el estómago e intestino tienen una protección de mucosa para evitar ser degradados. Para inactivarlas simplemente dejamos que se coman a sí mismas, al disminuir la concentración de proteínas ingeridas, ya que son muy poco específicas ZIMÓGENOS DE LA COAGULACIÓN La coagulación se inicia cuando el colágeno del endotelio vascular se expone y entra en contacto con la sangre. Esto hace que inicie la formación de la malla de fibrina, iniciando la coagulación. Hay dos vías: Un fallo en este puede producir un infarto 1. VÍA EXTRÍNSECA: inicia por daño internos en tejidos. Esta vía Evita desangrarse, coagulando. Pero tanto ausencia como el exceso, es un problema. Hay 12 genes ligados 2. VÍA INTRÍNSECA: se activa por daños del endotelio vascular. ** Ambas vías se unen en la activación del factor X de la coagulación, que activará la protrombina y con ello la VÍA COMÚN DE LA CASCADA DE COAGULACIÓN. Hay muchas enfermedades ligadas al fallo en la activación de determinados factores de la coagulación: - HEMOFILIA: clásica (A), recesiva ligada al cromosoma X por deficiencia en el factor VIII - HEMOFILIA TIPO B: menos frecuente afecta al factor IX - ENFERMEDAD DE VON WILEBRAND: déficit en el factor del mismo nombre que participa en el transporte del factor VIII y en la interacción de las plaquetas con el endotelio. Los estados de estrés pueden dificultar la coagulación y producir trombos VÍA INTRÍNSECA 1. Se rompe el endotelio de los vasos sanguíneos por agente extraño y libera sustancias aniónicas. 2. A estas sustancias anionicas se le unen 3 elementos: precalicrenina con quininogeno de alto peso molecular (HMWK), el complejo XI con quininógeno de apm y el complejo XII 3. Una pequeña cantidad del FACTOR XIIa transforma la precalicrenina (que por medio de HMWK se acopla a la superficie) en calicreína, que a su vez activa en gran cantidad el XII a XIIa 4. El XIIa activa después el FACTOR XI UNIDO AL HMWK (acción de Ca2+), iniciando así la vía intrínseca de la coagulación sanguínea. 5. El XIa-HMWK activa, también con ayuda del Ca2+, al FACTOR IX 6. El IXa unido con el VIIIa (activado por trombina y en presencia de Ca2+) activan el FACTOR X 8 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina VÍA EXTRÍNSECA Al producirse un traumatismo el COMPLEJO VII se activa en presencia de Ca2+, este VIIa es el que activa el FACTOR X VÍA COMÚN (a partir de activación del factor X) El Xa se une al Va (activado por trombina) y con ayuda del Ca2+ activan la protrombina obteniendo trombina. Esta trombina transforma el fibrinógeno en fibrina y esta fibrina por acción del XIIIa (activado con trombina y Ca2+) se entrecruza y forma el COÁGULO. si no se degrada la fimbrina se forma un coágulo Aclaraciones de la cascada de coagulación: - VÍA EXTRÍNSECA: TF es factor tisular y se une al factor VII una proteína con gamma carboxiglutámico (Gla) en presencia de Ca2+ - VÍA INTRÍNSECA: el factor XIIa se une a superficies dañadas y promueve la unión de: precalicreína, HMWK (quininógeno de elevado peso molecular). La precalicreína se convierte en calicreína y se activa más aún el factor XII. FIBRINÓGENO + FORMACIÓN DEL COÁGULO SANGUÍNEO Proteína muy soluble y es un dímero de tres cadenas, dos de cada: - 2 cadenas Aα - 2 cadenas Bβ - 2 cadenas γ En el dominio central hay 4 fibrinopéptidos, dos A y dos B, dan la solubilidad en agua y por ello en plasma. 9 Bloque III. Enzimología Mc Steamy URJC – 1º Medicina - La TROMBINA (forma activa de la protrombina) va a escindir por enlaces Arg-Gli en la zona central de la rg globular del FIBRINÓGENO y liberará un fibrinopéptido A de cadena Aα y un fibrinopéptido de cadena Bβ. La molécula que no tiene fibrinopéptidos recibe el nombre de MONÓMERO DE FIBRINA (α2β2 γ2). Al perder los fibrinopéptidos la fibrina se vuelve insoluble en agua. - Una vez tenemos el MONÓMERO DE FIBRINA se irá polimerizando y formando una malla, que acabará formando el COÁGULO BLANDO. Este coágulo irá formando interacciones covalentes que harán que se forme el COÁGULO DURO, y una vez se unen plaquetas ya es el COÁGULO SANGUÍNEO. - Una vez ha sido formado el coágulo sanguíneo y parado el proceso hemorrágico hay que detener la formación de más coágulo, para ello entra en marcha la FIBRINOLISIS. Hay varias enfermedades en las que algo falla en la cascada de coagulación, por lo que hay tendencia hemorrágica: