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BIOQUÍMICA GENERAL Sandra Comino Fernandez 1º MEDICINA  ÍNDICE 1. Concepto y objetivo de la bioquímica. Bioquímica en la medicina. 2. El agua. Disoluciones y pH. 3. Los hidratos de carbono/ glúcidos. 4. Los lípidos. 5. Introdu...

BIOQUÍMICA GENERAL Sandra Comino Fernandez 1º MEDICINA  ÍNDICE 1. Concepto y objetivo de la bioquímica. Bioquímica en la medicina. 2. El agua. Disoluciones y pH. 3. Los hidratos de carbono/ glúcidos. 4. Los lípidos. 5. Introducción al estudio de las proteínas. 6. Proteínas. 7. Los nucleótidos. 8. Las enzimas. 9. La cinética enzimática. 10. Inhibición enzimática. 11. Las coenzimas. 12. Introducción al metabolismo. 13. Bioenergética. 14. Metabolismo de los hidratos de carbono. 15. Glucolisis. 16. Entrada de los glúcidos en la ruta glucolítica. 17. Ciclo de Krebs. 18. Transporte electrónico y fosforilación oxidativa. 19. Oxidación del NADAH. Efecto Pasteur. 20. Rutas secundarias del metabolismo de la glucosa. 21. Biosíntesis de hidratos de carbono. 22. Metabolismo de los lípidos. 23. Biosíntesis de los ácidos grasos. 24. Biosíntesis y degradación de triglicéridos y lípidos de membrana. 25. Metabolismo de los eicosanoides. 26. Síntesis de colesterol y hormonas sexuales. 1  TEMA 1. CONCEPTO Y OBJETIVO DE LA BIOQUÍMICA. BIOQUÍMICA EN MEDICINA La bioquímica estudia a los seres vivos a nivel molecular. Se pueden distinguir varias ramas en bioquímica: Bioquímica estructural. Bioquímica metabólica. Bioquímica enzimática. Bioquímica molecular. Bioquímica zootécnica. TEMA 2. EL AGUA. DISOLUCIONES Y PH INTRODUCCIÓN El 70% del peso total del organismo es agua, aunque este porcentaje es variable ya que depende tanto del desarrollo como del tipo de tejido. Veamos un ejemplo referente a los tejidos: En cuanto al tejido adiposo su porcentaje es del 10% mientras que el tejido nervioso y cerebral es 90% agua. En un diente el porcentaje de agua en su parte más externa o esmalte es muy pequeño y va aumentando progresivamente hacia el interior conforme disminuye la mineralización en las distintas partes internas del diente (destina, cemento, hueso…) En los tejidos periodontales interiores la concentración de agua es similar a los demás tejidos corporales. En el desarrollo, un recién nacido tiene un 75% mientras que en personas de edad avanzada la proporción es de un 55% o incluso menos 50%. Incluso el sexo (♂, ♀) es un determinante del contenido del agua. PROPIEDADES FISICO -QUÍMICAS Y FUNCIONES BIOLÓGICAS La molécula de H2O se dispone en el espacio en forma de tetraedro irregular. El O comparte electrones en un enlace covalente con dos hidrógenos formando un ángulo de 104,5 grados. La molécula de agua es neutra, es decir, su carga neta es 0, aun presentando una asimetría de los electrones ya que el O es mucho más electronegativo que el H y atrae hacia sí a los electrones que comparte con el H. Como consecuencia, los núcleos de los H se quedan desprovistos y con una carga parcial positiva y en contraposición, el O presenta una carga parcial negativa. De tal manera que podemos decir que la molécula presenta una asimetría de cargas y que por tanto se comporta como un dipolo eléctrico. Debido a esta carga parcial local negativa, el O tendrá atracción por H de moléculas colindantes formándose los puentes de hidrógeno, pudiéndose formar hasta 4 puentes de H con moléculas colindantes. La energía de disociación de estos enlaces no es muy elevada, por lo que son débiles e intermitentes (formándose y rompiéndose con facilidad, ya que es una estructura estable pero no rígida). 2 PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS DEL AGUA Los puentes de hidrógeno dan una gran estabilidad a la molécula lo que será consecuencia directa de sus funciones/propiedades biológicas: Elevado calor específico. Es el calor necesario para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C concretamente desde 15 a 16 °C. Este alto valor permite al organismo importantes cambios de calor con escasa modificación de la temperatura corporal. El agua se convierte así, en un mecanismo regulador de la temperatura del organismo, evitando alteraciones peligrosas, fundamentalmente a través de la circulación sanguínea. Elevado calor latente de vaporación. Es el calor necesario para vaporizar 1 g de agua: 536 cal/g. Este valor elevado permite eliminar el exceso de calor, evaporando cantidades relativamente pequeñas de agua. Ello posibilita, cuando es necesario, mantener la temperatura del organismo más baja que la del medio ambiente. Elevada temperatura de ebullición. En comparación con otros hidruros, la temperatura de ebullición del agua es mucho más elevada (100 °C a 1 atmósfera). Esto hace que el agua se mantenga liquida en un amplio margen de temperatura (0-100°C), lo que posibilita la vida en diferentes climas, incluso a temperaturas extremas. Su densidad es menor en un sólido que en un líquido (su densidad máxima es a 4ºC). Esta densidad anómala permite que el hielo flote en el agua y por lo tanto, la existencia de vida marina en los casquetes polares ya que el hielo flotante actúa como aislante térmico, impidiendo que la masa oceánica se congele. Buena conductividad térmica. Permite una adecuada conducción de calor en el organismo, contribuyendo a la termorregulación, al mantener constante e igualar la temperatura en las diferentes zonas corporales. Elevada constante dieléctrica. Implica que el agua sea un buen disolvente de compuestos iónicos y sales cristalizadas. Este elevado valor de la constante supone que las moléculas de agua se oponen a la atracción electrostática entre los iones positivos y negativos, debilitando dichas fuerzas de atracción. Disolvente de compuestos polares no iónicos. Ello sucede por la capacidad del agua de establecer puentes de hidrogeno con grupos polares de otras moléculas no iónicas. Así, puede disolver compuestos tales como alcoholes, ácidos, aminas y glúcidos. Hidratación y solvatación de iones. El carácter dipolar del agua determina que sus moléculas rodeen a los distintos iones, aislándolos del resto. A este fenómeno se le denomina hidratación o solvatación de iones y facilita a su vez la separación de iones de diferentes cargas, lo que contribuye a la solubilización de compuestos iónicos. Disolvente de moléculas anfipáticas. El agua solubiliza compuestos anfipáticos (se llaman así aquellos que presentan en su estructura grupos polares y apolares simultáneamente). Esta solubilización lleva consigo la formación de micelas, con los grupos apolares o hidrófobos en su interior y los grupos polares o hidrófilos orientados hacia el exterior para contactar con el agua. Esta y las anteriores propiedades determinan que el agua sea considerada como el disolvente universal, permitiendo la realización de procesos cuya ausencia haría imposible el desarrollo de la vida. Algunos de dichos procesos son el proceso de ósmosis, la participación en reacciones bioquímicas en el organismo, el transporte de sustancias, así como, la retirada de productos de desecho actuando como vehículo disolvente. 3  Elevada tensión superficial. Determina una elevada cohesión entre las moléculas de su superficie y facilita su función como lubricante en las articulaciones. La tensión superficial disminuye con la presencia en el líquido de ciertos compuestos que reciben el nombre genérico de tensoactivos (jabones, detergentes, etc.) que facilitan la mezcla y emulsión de grasas en el medio acuoso; así, las sales biliares ejercen esta acción tensoactiva en el intestino delgado, facilitando la emulsión de grasas y, con ello, la digestión. Transparencia. Esta propiedad física no afecta directamente al ser humano, pero es importante para que se origine el proceso de fotosíntesis en la masa oceánica y fondos marinos. Como este es el comienzo de una cadena trófica que finaliza en la nutrición humana, la transparencia acuosa contribuye al adecuado desarrollo de la vida. El agua es un electrolito débil. Ello se debe a la naturaleza de su estructura molecular. Libera el mismo catión que los ácidos (H+; ion hidrógeno, protón o ion hidronio) y el mismo anión que las bases (OH-; ion hidroxilo). Por tanto, el agua es un anfolito o sustancia anfótera, es decir, puede actuar como ácido o como base. PROPIEDADES COLIGATIVAS Las propiedades coligativas del agua incluyen disminución de la presión de vapor, elevación de la temperatura de ebullición, descenso de la temperatura de congelación y la presión osmótica. Son aquellas que únicamente dependen del número de partículas de soluto por unidad de volumen del disolvente. PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA. CONCEPTO DEL PH H20 ↔ H+ + OH- Equilibrio en solución. [H+]. [ OH-] Para este equilibrio, la consante de disociación: Kd= [H2O] Como la concentración del agua es siempre una constante, podemos decir que: Kd [H2O]= [H+]. [ OH-] Siendo a su vez este producto otra constante. Kw = [H+]. [ OH-]= 10-14 Producto iónico del agua, medido a una temperatura de 25ºC. CONCEPTO DEL PH pH= -log [H+]= log 1 [H+] 1 En solución de agua neutra [H+]= [ OH-]= 10-7; pH= log =7. De 10-7 este modo nos permite trabajar con números enteros. Cuando pH< 7 el medio es ácido, cuando pH> 7 el medio es básico y cuando el pH=7 es neutro. El valor de pH es importante en el funcionamiento del organismo. Por ejemplo, el pH del plasma sanguíneo= 7,4 y ha de mantenerse estable pues alguna variación puede desencadenar consecuencias mortales o fatales para el organismo. 4 ÁCIDOS Y BASES. TEORÍA DE BROSTED -LOWRY Ácido. Toda sustancia que es capaz de ceder protones. AH ↔ A- + H+ Base. Toda sustancia que es capaz de captar protones. B + H+ ↔ BH+ o Los ácidos débiles son aquellos que tienden a disociarse poco, porque tienen mucha afinidad por el o los protones. Ej. Ácidos orgánicos. Establecen un equilibrio y en disolución encontramos un ácido y una base conjugada (par ácido/base conjugado). [A-]. [ H+] AH ↔ A- + H+; Ka= [AH] 1 Se podría sacar que pK´= -log K´= K´ Si pH= pK´; [ácido]=[base] La concentración del ácido es igual que la concentración de la base. Un ácido será más fuerte cuanto más bajo es su pk´, y por lo tanto una base es más fuerte cuanto más alto sea su pk´. - La capacidad tampón es máxima en las proximidades del pk´. - Para una disolución de un ácido débil, a menor pk´ más fuerte será el ácido, mientras que la base será más fuerte a mayor pk´. o Los ácidos fuertes son aquellos que tienden a disociarse mucho, porque tienen poca afinidad por protones. Ej. HCl. SISTEMA TAMPÓN O AMORTIGUADOR Se encuentra constituido por un par ácido- base conjugada y es un sistema que se opone a los cambios de pH en el medio, aunque se añadan pequeñas concentraciones de ácido o de base. La capacidad tampón es máxima en las proximidades del pk´porque en la zona pk´es donde se alcanza el equilibrio más estable. Los fluidos intra/ extracelulares van a tener pares de ácidos y bases conjugadas que funcionan como sistemas tampón al pH normal de esos fluidos. En esta curva de valoración, encontramos una zona llena y central que se conoce como zona tampón o de amortiguación en la cual la disolución tiene la capacidad de oponerse a cambios de pH aunque aumente la concentración de ácido o bases añadidos, o lo que es lo mismo, de H + o de OH-. 5  El principal tampón intracelular es el de fosfato pk´= 7,2. Siendo su par ácido-base conjugada = PO4H2-/ PO4H2- El principal tampón extracelular es el carbónico cuya pk´= 6,1. Siendo su par ácido-base conjugada = H2CO3/ HCO3-. SISTEMA ÁCIDO CARBÓNICO -TAMPÓN BICARBONATO El CO2 se disuelve en los capilares como consecuencia de la respiración y forma parte del sistema tampón. Se disuelve agua y se origina el siguiente equilibrio. Hay dos equilibrios de disociación, y cada uno con sus constantes correspondientes= Las especies iónicas que encontramos en el equilibrio son CO2, H+ Y HCO3- y alteraciones en su concentración serán amortiguadas para mantener el equilibrio provocando cambios en las demás concentraciones y consiguiendo así, la homeostasis. Vamos a entender la hemoglobina y su transporte de gases con el ácido carbónico. ECUACIÓN HENDERSON-HASSELBACH Para conocer las concentraciones de las especies iónicas de los pares ácido-base conjugados se usa la ecuación de Henderson- Hasselbach, conociendo el pH y el pK´ de la disolución. Esta es la ecuación de disociación de un ácido débil: Ácido conjugado ↔ H++ base conjugada = AC ↔ H+ + BC En una solución ácida existen muchos protones en el medio, y por lo tanto los compuestos van a estar protonados. LAS SALES MINERALES Las sales minerales tienen una gran importancia en la formación de los tejidos. Los elementos principales o esenciales son compuestos estructurales para la célula, órganos y tejidos y es por eso que se necesita de su ingesta diaria de gramos en la dieta (H, Na, K, Ca, C, N, O, P, S, Cl). Llamamos oligoelementos a aquellos que necesitamos en cantidades mucho menores en la dieta diaria. En el caso de Mg, Fe, Cu, Zn del orden de miligramos por día, mientras que en menor cantidad en el resto. 6  Elementos principales Oligoelementos Las sales minerales se encuentran en disolución en los organismos. El mantenimiento de las condiciones de la célula requiere de la conservación de las características físico-químicas del medio extracelular. De modo que, las cantidades de H2O, Na+, K+, Ca2+… deben de mantenerse dentro de unos límites fisiológicos. Es por eso, que va a existir un movimiento continuo de agua de un compartimento a otro en la célula, en función de las sustancias que estén disueltas. Así, la presión osmótica dentro de la célula está determinada por la presencia de elementos como Mg2+, Ca2+, proteínas y fosfatos. La presión osmótica del fluido intracelular va a depender de la concentración de una serie de iones y, de acuerdo con esto, estará el movimiento del agua, saliendo o entrando. Todas las sustancias disueltas en agua están sujetas a las leyes de la solubilidad y si alguna sustancia alcanza una concentración elevada precipitará en el seno de la solución que lo contiene. Esta situación de precipitación es patológica normalmente, pero necesaria para la mineralización de los tejidos duros (huesos y dientes). En ocasiones, tenemos una disolución sobresaturada, es decir, la sustancia está disuelta en una concentración superior a la que necesita para la precipitación, pero no precipita. Cambios muy pequeños en el medio van a provocar la precipitación en esta sustancia. La mineralización de los tejidos duros se lleva a cabo en sitios específicos donde se dan las condiciones de saturación adecuadas llamados núcleos de condensación. La sustancia que precipita puede hacerlo en forma amorfa (sin ordenación) o cristalina (los átomos o iones que forman la sustancia sólida se encuentran ordenados formando un patrón regular en el espacio, dando lugar a una red tridimensional ordenada con formas geométricas. La cristalización confiere a la sustancia una serie de propiedades muy importantes como son la resistencia a la tracción mecánica o la resistencia a la solubilización. Esto adquiere una gran importancia en nuestros tejidos duros como el esmalte del diente, resistente a las fuerzas de agresión del masticar y a la solubilización. TAMPÓN FOSFATO El H3PO4 ácido fosfórico, es un ácido triprótico y puede estar en distintas formas iónicas H 2PO4- / HPO4-2/ PO4-3. Sobre todo, los iones fosfato HPO4-2/ PO4-3 son capaces de reaccionar con elementos como el calcio; dando lugar a fosfato cálcico que puede ser amorfo o cristalino y suelen evolucionar de amorfa a cristalina. Las apatitas son las formas de fosfato cálcico que tienen la ordenación espacial más perfecta y las cuales encontramos en los tejidos duros. Responden a la fórmula general Ca2+ (PO43-)6 X2. Donde X es normalmente un grupo hidroxilo OH-, el ión fluoruro F- o una mezcla de ambos. En el primer caso se denomina hidroxiapatita, en el segundo fluorapatita y en el tercero fluorhidroxiapatita. A veces, el fosfato cálcico amorfo puede transformarse en fluorapatita, la cual es la forma más estable. En medio ácido aumenta la solubilidad de las apatitas. 7 TEMA 3. LOS HIDRATOS DE CARBONO Los hidratos de carbono son compuestos formados por C, H, O en una proporción 1:2:1, muchos van a responder a la fórmula general -aunque no todos- (CH2O) n e incluso algunos tendrán P, S o N. Es muy importante conocer su estructura porque determinará sus funciones. Los hidratos de carbono son compuestos muy abundantes en el organismo, son muy versátiles y desempeñan funciones importantes en el organismo. Por eso, son básicos en la alimentación de muchos organismos, en concreto, del hombre. FUNCIÓN Energética. Son combustibles rápidos e inmediatos, proporcionando gran parte de la energía necesaria para el trabajo vital. Se pueden almacenar como reserva energética y utilizar cuando no esté disponible el combustible. Estructural. Forman parte de la estructura de los nucleótidos que son los componentes estructurales de los ácidos nucleicos, de las membranas celulares de las bacterias, hongos, plantas y de los exoesqueletos de insectos y artrópodos y son los componentes esenciales del tejido conjuntivo. Informativa: Pueden formar estructuras mediante su unión con lípidos o proteínas que participan en el reconocimiento de muchas moléculas extracelulares, permitiendo su paso ordenado a través de la membrana, lo cual es muy importante para la comunicación celular. CLASIFICACIÓN OSAS Osas o monosacáridos son las unidades más sencillas que no tienen enlaces glicosídicos y, por tanto, no son hidrolizables. ÓSIDOS Son sustancias hidrolizables por la presencia de enlaces glicosídicos. Holósidos. Presentan un enlace glicosídico entre osas o entre un solo tipo de monómero. o Diholósidos (disacáridos). o Oligoholósidos (polisacáridos). Formados por menos de 20 unidades de monosacárido. o Poliholósidos (homopolisacárido). Formados por más de 20 unidades de monosacárido. Heterósidos o heteropolisacáridos. Constituidos por enlaces glicosídicos entre dos o más tipos de monosacáridos. CARACTERÍSTICAS DEL ÁTOMO DE CARBONO El átomo de carbono puede formar cuatro enlaces covalentes sencillos, con cuatro grupos funcionales adoptando forma de tetraedro regular, de modo que en el centro se encuentra el átomo de carbono y en los vértices los grupos funcionales o sustituyentes equidistantes del átomo de carbono. Esta estructura es la que permite la máxima separación espacial entre los sustituyentes, de forma que no haya impedimentos esteáricos, es decir, que evitan interacciones desfavorables entre los sustituyentes. 8 Se pueden dar carbonos asimétricos o quirales, cuando el átomo de carbono está unido a cuatro sustituyentes distintos y no podemos trazar un plano de simetría que superponga a los cuatro sustituyentes. Para representarlos, Emil Fischer en 1902, propuso representar las moléculas en un plano, lo que recibe el nombre de las proyecciones de Fischer. Los carbonos pueden formar enlaces sencillos y enlaces dobles y triples, dando lugar a moléculas donde el carbono o carbonos pueden unirse a otros átomos. Así, forman estructuras lineales, ramificadas y cíclicas. En los enlaces simples existe una libertad de giro de 180º en torno al enlace. Sin embargo, cuando es un doble enlace no existe esa libertad de giro. Los cuatro sustituyentes se encuentran en el mismo plano y solo se permite un giro de 120º, porque para que fuera de 180º habría que romper el enlace. Esto dará lugar a los distintos tipos de isómeros. Todas las biomoléculas pueden considerarse derivados de alcanos en los que 1 o más hidrógenos son sustituidos por grupos funcionales. Cuando poseen varios grupos funcionales reciben el nombre de moléculas polifuncionales. El átomo de carbono en las distintas biomoléculas va a tener un estado de oxidación determinado, que depende del número de hidrógenos sustituidos. El estado de oxidación va a depender de si se ceden (oxida) o se captan (reduce) electrones. Esto es muy importante en el metabolismo, concretamente en la cadena de transporte de electrones donde el oxígeno se reduce y forma agua. 9 Existen diferentes estereoisómeros en las biomoléculas. Los estereoisómeros son aquellas moléculas que presentan los mismos enlaces químicos pero distinta configuración espacial. Estereoisómeros geométricos. Son isómeros que se establecen en torno al doble enlace. No se pueden interconvertir si no se rompe el doble enlace, que es rígido. Se distinguen dos formas de estereoisómeros geométricos. o Forma cis. Los sustituyentes iguales o parecidos se encuentran situados en el mismo lado o a menor distancia. o Forma trans. Los sustituyentes iguales o parecidos se encuentran situados en lados opuestos o a su mayor distancia. Otro ejemplo: retinal. Solo se convierte en trans si incide la luz visible. 10  Isómeros enantiómeros. Cuando el átomo de carbono posee sus cuatro sustituyentes distintos, recibe el nombre de carbono quiral o carbono asimétrico, dando lugar a 2 tipos de moléculas, las cuales no son superponibles, son imágenes especulares la una de la otra. PROPIEDADES DE LAS OSAS, MONOSACÁRIDOS Químicamente son polihidroxialdehidos o polihidroxicetonas. Están formados por un esqueleto carbonado de entre 3 y 7 carbonos que tienen un grupo carbonilo que puede ser o bien un aldehído o bien una cetona y el resto son grupos hidroxilos. Distinguimos las aldosas y las cetosas. Se nombran con una palabra que nos indica el número de átomos de carbono que tiene y si es una cetona o un aldehído. Por ejemplo, un aldehído de 6 átomos de carbono se trata de una aldohexosa, y si se trata de una cetona y tiene 5 átomos de carbono, hablamos de una cetopentosa. Los monosacáridos más importantes son los de 3 carbonos, 4 carbonos, 5 carbonos y 6 carbonos, que presentan la siguiente fórmula. 11 ESTRUCTURA DE LOS MONOSACÁRIDOS Todos los monosacáridos excepto la dihidroxiacetona, van a tener 1 o varios carbonos quirales o asimétricos. Los sustituyentes de un carbono quiral o asimétrico se pueden disponer de dos formas distintas en el espacio, dando lugar a dos formas que son imágenes especulares (enantiómeros o isómeros ópticos). Para nombrar a los enantiómeros nos fijamos en la configuración del carbono quiral más alejado del grupo carbonilo. Si el grupo OH está a la derecha es D y si el grupo OH está a la izquierda se denomina L. Todos los monosacáridos naturales que forman parte de los seres vivos pertenecen a la serie D, la serie L muy rara vez lo hace. Estas moléculas pueden desviar el plano de la luz polarizada un cierto número de ángulos hacia la derecha (dextrógiras +) o bien a la izquierda (levógiras +). Las formas D y L pueden ser + y -. Se habla de moléculas epímeros en aquellas osas que se diferencian únicamente en la configuración de un solo carbono quiral. Por ejemplo: el epímero 4 de la D- glucosa es la D- galactosa (4-epímero) y el epímero 2 de la D- glucosa es la D- manosa. 12 FORMAS CÍCLICAS DE LOS MONOSACÁRIDOS Todas las osas o monosacáridos que tienen 5 o más átomos de carbono cuando se encuentran en solución, van a dar lugar a la formación de estructuras cíclicas. Así se formará un enlace entre el carbono del grupo carbonilo y el grupo hidroxilo -OH más alejado posible (el C4 o C5), a fin de que sea lo más estable posible, formándose un pentágono o un hexágono. Aldehido+ OH= hemiacetal. Cetona+ OH= hemicetal. El carbono carbonilo o anomérico al producirse la reacción se transforma en un carbono asimétrico y según la rotación en torno a este carbono anomérico puede ser isómero alfa (OH bajo el plano) o beta (OH sobre el plano). Estas dos formas α y β, son intercambiables espontáneamente en solución, esto es lo que se conoce como mutarrotación. Hablamos de proyecciones de Haworth cuando se representa el glúcido en pentágono (como la fructosa) o hexágono (como la glucosa). Cuando los monosacáridos se ciclan para dar lugar a anillos hexagonales forman una estructura parecida a la del heterociclo del pirano, por este motivo se les denomina formas piranosas. Si el monosacárido es pentagonal forma una estructura parecida a la del furano, por este motivo se les denomina formas furanosas. ENLACE GLUCOSÍDICO Consiste en la reacción del carbono anomérico, con perdida de una molécula de agua, con uno de los siguientes grupos: Grupo OH. O-glicósidos (polisacáridos). Grupo NH2. N-glicósidos (nucleótidos y nucleósidos). Grupo SH. S-glicósidos. 13 DISACÁRIDOS La lactosa está formada por una molécula de D-glucosa y otra de D-galactosa unidas por un enlace β (1→4). La maltosa está formada por dos moléculas de D-glucosa unidas por un enlace α (1→4). La sacarosa está formada por D-fructosa y D-glucosa unidas por un enlace α (1→2). La celobiosa está formada por dos moléculas de β-D-glucosa unidas por un enlace β(1→4). La isomaltosa está formada por dos moléculas de α-D-glucosa unidas por enlace α(1→6). CONCEPTO DE AZUCAR REDUCTOR O EXTREMO REDUCTOR Cuando el carbono anomérico no está formado parte del enlace glicosídico, se puede oxidar. Por ejemplo, la sacarosa no es un azúcar reductor porque ambos carbonos anoméricos se encuentran implicados en el enlace. POLIHOLÓSIDOS O HOMOPOLISACÁRIDOS Vamos a clasificarlos según su origen y función en: de almacenamiento (de combustible) y estructurales. DE ALMACENAMIENTO O DE COMBUSTIÓN Son aquellos que permiten almacenar monosacáridos (glucosa) para ser utilizados cuando no está disponible el combustible. En estos homopolisacáridos las moléculas de glucosa están muy compactas, pero los grupos OH expuestos al medio pueden formar enlaces o puentes de hidrógeno con el agua circundante, es por eso que: Son polímeros hidratados. Forman gránulos de gran tamaño, que a su vez se encuentran formados por uno gránulos de pequeño tamaño, constituidos por moléculas muy ramificadas. Esto hace que sean muy compactos y que se puedan almacenar una gran cantidad de glucosa que no va a alterar la osmolaridad de la célula. La estructura tridimensional más estable de ambas es una espiral compacta, que se estabiliza gracias a la formación de los puentes o enlaces de hidrógeno intercatenarios. 14 ALMIDÓN Es un polímero de reserva de origen vegetal (células vegetales). Formado por uniones de tipo α (1→4) entre moléculas de glucosa. Se distinguen a su vez dos tipos de moléculas: o Amilosa: cadenas lineales sin ramificaciones, de glucosa unidas por un enlace α (1→4). Representa entre un 20%-30% de la molécula de almidón. o Amilopectina: constituida por moléculas de glucosa unidas por enlaces α (1→4) y con ramificaciones α (1→6) que establecen cada 24-30 residuos. Representa entre el 70%-80% de la molécula de almidón. El almidón es básico en la alimentación, gracias a la existencia de las enzimas que lo hidrolizan, las amilasas, presentes en la saliva y en el jugo pancreático. GLUCÓGENO Es un polímero de reserva de origen animal (células animales). Se encuentran en los músculos esqueléticos y proporcionarán energía a los músculos para la contracción, constituyendo un 2%. Se almacenan principalmente en el hígado, constituyendo hasta un 7% del peso húmedo del órgano. Presenta una estructura parecida a la de la amilopectina. Constituida por moléculas de glucosa unidas por enlaces α (1→4) y con ramificaciones α (1→6) que establecen cada 8-12 residuos. En los gránulos de gran tamaño, se encuentran formados por unos gránulos de menor tamaño, y estos a su vez por moléculas muy ramificadas; los gránulos suelen estar asociados con las enzimas encargadas de la síntesis y degradación del glucógeno. o Estas enzimas romperán las moléculas de glucosa de los extremos de las cadenas a partir siempre de los extremos no reductores (habiendo uno en cada ramificación). DEXTRANOS Son polímeros de glucosa unidas por enlaces α (1→6) y pueden presentar ramificaciones α(1→4) y α (1→2). No son homopolisacáridos de almacenamiento ni tampoco estructural. Son en general producidos por bacterias y levaduras y forman parte de la placa dental que está en la superficie del diente. HOMOPOLISACÁRIDOS ESTRUCTURALES No forman parte del organismo, pero son los más abundantes en la naturaleza. CELULOSA Es un polisacárido formado por moléculas de glucosa unidas por enlaces β (1→4), siendo una molécula lineal no ramificada. No existen en el ser humano enzimas que degraden los enlaces β, es decir, capaces de hidrolizar la celulosa. Pero, en el caso de los rumiantes, si poseen unas bacterias capaces de hacerlo. Proporciona soporte a las membranas celulares de los organismos vegetales, siendo el principal componente de su pared celular y es el homopolisacárido estructural más abundante en la naturaleza. 15 QUITINA Es el segundo más abundante en la naturaleza. Es un polisacárido formado por moléculas de N- acetil-glucosamina unidas por enlace β (1→4) sin ramificaciones. Forma parte del exoesqueleto de los artrópodos. DERIVADOS DE OSAS (AZÚCARES) DESOXIAZÚCARES Se forman por eliminación de un grupo -OH que se sustituye por un -H Derivado de la ribosa. Forma parte de la estructura del ácido desoxirribonucleico, son desoxirribonucleótidos del esqueleto fosfato-azúcar. Fucosa y ramnosa. AZÚCARES ÁCIDOS Derivan de las osas por oxidación a ácido. Dependiendo del grupo tendremos distintos tipos de ácido: Si es el grupo -CHO. Hablaríamos en este caso de ácidos aldónicos. Derivado de la glucosa (Ej. ácido glucónico o gluconato). Si es el grupo -OH. Se tratan de ácidos urónicos. Derivado de la glucosa (Ej. glucorónico o glucoronato). Cuando se oxidan ambos grupos -OH y -CHO. Se llaman ácidos aldáricos. AMINOAZÚCARES Sustitución de un grupo -OH del azúcar por un grupo -NH2 amino. Con frecuencia el grupo - NH2, sustituye al grupo -OH del carbono 2. Suelen formar parte de polisacáridos: en quitina y en peptidoglicano (en el caso del peptidoglicano se encuentra en las paredes celulares de bacterias: N-acetilglucosamina y N-acetilmuramico). Los más frecuentes serán derivados de la glucosa, galactosa y manosa; por lo que tendremos glucosamina, galactosamina o manosamina. Además, en los aminoazúcares el -NH2 se encuentra condensado con ácido acético, por lo que hablamos de N-acetilglucosamina, N- acetilgalactosamina y N-acetilmanosamina. HETERÓSIDOS O HETEROPOLISACÁRIDOS Poseen más de un tipo de monómero y desempeñan una función importante de soporte estructural para los organismos. 16 GLUCOSAMINOGLUCANOS Son unos componentes importantes en el espacio extracelular de los tejidos de organismos multicelulares. Están constituidos por la repetición de una unidad disacarídica formada por N- acetilglucosamina o N-acetilgalactosamina y la otra unidad es, frecuentemente el ácido urónico o glucurónico, aunque también puede ser la D- galactosa. Constituyen soporte estructural ya que mantienen unidas a las células formando la matriz extracelular (o sustancia basal, o tejido conjuntivo, o tejido conectivo). Es una sustancia gelatinosa y porosa; que rodea a las células y permite la difusión de oxígeno y de nutrientes al interior de la célula y el paso de desechos. Está constituida por una compleja red entrecruzada de moléculas interconectadas entre las que tenemos heteropolisácaridos que son glucosaminoglucanos y proteínas fibrosas. Las proteínas fibrosas suelen ser colágeno, lastina, fibronectina, elastina, etc. En muchos glucosaminoglucanos uno o varios grupos hidroxilo pueden estar esterificados con grupos sulfato; lo que hace que una característica importante de los glucosaminoglucanos sea que tengan un alto contenido en cargas negativas en grupos ácidos, ello se debe también a los ésteres sulfato de los grupos carboxilos de los ácidos urónicos. Esto hace que adopten una estructura extendida en disolución para evitar repulsión de cargas (entre cargas negativas). ÁCIDO HIALURÓNICO Formado por N-acetilglucosamina y ácido glucurónico. Forma soluciones transparentes y viscosas que actúan como lubricantes en el líquido sinovial de las articulaciones y también le da consistencia viscosa al humor vítreo del ojo de los vertebrados y proporciona resistencia a la tensión y le da elasticidad en cartílagos y tendones. La hialuronidasa (producida por algunas bacterias patógenas) puede romper las uniones de este ácido favoreciendo la invasión bacteriana de los tejidos una vez rotas las uniones. SULFATO DE CONDROITINA Proporciona resistencia a la tensión en cartílagos, tendones, ligamentos y se encuentra en las paredes de la aorta. SULFATO DE DERMATÁN Proporciona flexibilidad a la piel, a las paredes de los vasos sanguíneos y a las válvulas cardiacas. SULFATO DE QUERATÁN No contiene ácido urónico sino D-galactosa y su contenido en sulfato es variable. Forma parte de la córnea, catílagos, huesos y estructuras córneas formadas por células muertas (uñas, garras, pelo, cuernos…) HEPARINA Secretada por los mastocitos, es un anticoagulante natural porque se une a la proteína trombina. (La heparina purificada se suele añadir a muestras de sangre en análisis clínicos o en trasplantes). 17  GLUCOCONJUGADOS Son moléculas biológicamente activas porque establecen una unión o enlace covalente con proteínas o con lípidos. PROTEOGLUCANOS Son una o varias cadenas de glucosaminoglucanos unidos covalentemente a proteínas. Esta proteína puede ser: Proteína de membrana. En este caso el proteoglucano es un componente de la superficie celular. Por ejemplo, el sindecán tiene un dominio transmembrana, tres cadenas de heparán sulfato (reconocen moléculas señal extracelulares y facilitan la interacción de las moléculas con el receptor específico de membrana ) y dos cadenas de condroitínsulfato (median la interacción con ligandos extracelulares y proteínas de membrana). Proteína de secreción. Encontramos al proteoglucano en el espacio extracelular. Son constituyentes de la membrana celular y de la matriz extracelular (tejido conjuntivo). En los mamíferos -el ser humano- se sintetizan más de 30 tipos distintos. Actúan como organizadores tisulares, también influyen en el desarrollo de tejidos especializados, intervienen en la actividad de factores de crecimiento y regulan la formación extracelular de las fibrillas de colágeno. GLUCOPROTEÍNAS Son oligosacáridos unidos covalentemente a proteínas. Son de menor tamaño, aunque estructuralmente suelen ser más complejos que los glucosaminoglucanos, por lo que aportan más información e interaccionan con más tipos de moléculas. Las proteínas pueden ser: o Constituyentes de la membrana celular siendo un componente de la superficie celular, como la glucoforina A en la membrana de los eritrocitos. o Proteínas de secreción, como las inmunoglobulinas, algunas hormonas como la estimulante del folículo, estimulante del tiroides, etc. El glúcido que forma parte tiene influencia sobre el destino celular de la proteína y también es muy importante para el plegamiento de la proteína y la estabilidad de la misma o reconocimiento de otras proteínas. GLUCOLÍPIDOS O LIPOPOLISACÁRIDOS Resultan de la unión covalente de un oligopolisacárido y un lípido. Se unen entre el grupo de cabeza polar (parte hidrófila) del lípido de membrana y el oligosacárido, que quedan hacia la parte exterior de la membrana celular. Son típicos los gangliósidos, que son los que determinan los antígenos AB0 (grupos sanguíneos humanos). GLUCIDOS CON FUNCIÓN INFORMATIVA Muchos glúcidos pueden establecer interacciones con unas proteínas específicas llamadas lectinas, que son proteínas que tienen dominios muy específicos de unión a oligosacáridos. Se encuentran en la superficie de todas las células en la zona de interacción con otras células. Realizan funciones de reconocimiento celular, de señalización, adhesión, direccionamiento de proteínas recién sintetizadas, interacciones con patógenos, la eliminación de los eritrocitos viejos en la sangre, la vida media de la hormona también está relacionada con la interacción con la lectina, etc. Las selectinas son un tipo de lectinas más especifico de mamíferos: reconocimiento y procesos celulares como la respuesta inflamatoria, inmedian en el sistema inmunologico, interaccion con neutrofilos y interaccionan con lectinas permitiendo que los neutrofilos atraviesen la membrana y que lleguen a la zona de inflamacion o zona de infección. 18  TEMA 4. LOS LÍPIDOS Los lípidos son biomoléculas orgánicas constituidas con C, H y generalmente también por O, aunque en proporción más baja que con respecto a los glúcidos, además de N, P y S como constituyentes. Son moléculas muy heterogéneas con pocas características comunes, pero entre ellas están: Los lípidos son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos apolares como en benceno o el cloroformo. Son moléculas de baja masa molecular y no forman macromoléculas.(=elevada masa molecular) Muchos de los lípidos, aunque no todos, se caracterizan por tener carácter anfipático, es decir, tienen características hidrófilas polares e hidrófobas apolares en la misma molécula. DISPOSICIÓN Si se disponen en un entorno acuoso darán lugar a agregaciones específicas: micelas y bicapas. Micelas. Están constituidas por una sola capa de moléculas anfipáticas en la que el grupo polar e hidrófilo se sitúa en el exterior en contacto con el agua y hacia el interior el grupo hidrófobo, dando lugar a una forma esférica. Nunca hay agua en su interior. Bicapas. Están formadas por una doble capa de moléculas anfipáticas, con los grupos polares e hidrófilos hacia el exterior en contacto con el agua, mientras que las colas hidrófobas y apolares están empaquetadas hacia el interior, formando una fase apolar continua, pudiendo alcanzar la bicapa lipídica grandes dimensiones. La bicapa puede cerrarse dando lugar al liposoma, que es esférico y hay agua en su interior. Monocapas. FUNCIONES COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS MEMBRANAS BIOLOGICAS Combustibles de un poder extraordinario, ya que se puede extraer energía de los lípidos con mayor eficacia que en el caso de los glúcidos. De un mol de un ácido graso se puede obtener casi cuatro veces más energía que de un mol de glucosa. son mas eficientes que los HC triglicéridos Reserva energética. Donde también son más eficaces que los glúcidos. El organismo (apolares, por lo que tb son puede almacenar lípidos en cantidad suficiente como para satisfacer un ayuno de varias más eficientes que los HC) semanas, mientras que en el caso de los glúcidos sólo serían varias horas. Son componentes de membranas biológicas, y son los responsables de la función y de las propiedades de membrana. Aislante térmico almacenándose en el tejido adiposo subcutáneo en forma de triglicéridos (muy hidrofóbicos), no están hidratados por lo que el organismo no ha de soportar el exceso de peso que conlleva la hidratación de la molécula por lo que podemos almacenar muchos lípidos. 19 La membrana tmb tendrá proteinas, glucidos... tendra distintos tipos de componentes por lo que se le llamará mosaico fluido (es fluida ya que las moleculas pueden desplazarse por la membrana) Representan funciones importantes en los sistemas endocrino y paracrino ya que muchas hormonas son de naturaleza lipídica; además muchas vitaminas desempeñan funciones importantes como la regulación del metabolismo de calcio (Ca 2+), son anticoagulantes, antioxidantes, etc. - Funcion reguladora Tienen función transportadora (lipoproteínas -La mayoría, al ser hidrófobos, no se pueden transportar libremente en sangre (medio acuoso) por lo que se unen a proteínas formando lipoproteínas, donde su parte proteica recibe el nombre de apoproteínas-.) y emulsionante (ácidos biliares). para emulsionar grasas CLASIFICACIÓN Lípidos complejos o saponificables. Son aquellos lípidos que contienen en su molécula ácidos grasos. Estos lípidos, cuando se les somete a una hidrólisis alcalina (con KOH o con NaOH) forman jabones, a esta reacción se le llama saponificación. Son: o Acilglicéridos. o Fosfoglicéridos. fosfolípidos (tienen fósforo) o Esfingolípidos. -fosfoesfingolípidos -glucoesfingolipidos o Ceras. Lípidos simples o insaponificables. Son aquellos lípidos que no contienen ácidos grasos y, por tanto, no dan reacciones de saponificación. Son: o Isoprenoides. o Esteroides. o Eicosanoides. LÍPIDOS COMPLEJO S O SAPONIFICABLES Son ésteres de un alcohol y de un ácido graso. Cuando sometemos a este éster a un medio básico (NaOH o KOH) obtenemos una sal sódica o potásica conocida como jabón y el correspondiente alcohol, es lo que se conoce como reacción de saponificación. Cuando el alcohol que forma parte del lípido correspondiente es: o Glicerina, glicerol o propanotriol, tendremos acilglicéridos, fosfoglicéridos/ fosfolípidos. o Esfingosina, tendremos los esfingolípidos. o Alcohol de cadena larga (16-30 C), tendremos ceras. Quimicamente los lípidos complejos son ácidos monocarboxílicos (un solo grupo ácido). Los más abundantes son los de número par de átomos de carbono (18-24 C) y de cadena larga. Pueden ser saturados (no tienen dobles enlaces) o insaturados (tienen dobles enlaces). Las cadenas saturadas se disponen de forma extendida y, por lo contrario, las cadenas insaturadas suelen tener plegamientos producidos por el doble enlace. En este caso, se pueden disponer: o Dobles enlaces alternos. -CH = CH – CH = CH- CH- o Dobles enlaces separados por un grupo metileno. -CH = CH – CH2 – CH = CH- Tienen configuración cis. COOH 20 C=C C=C CIS TRANS los dobles enlaces son cis  LOS SATURADOS TIENEN UN PUNTO DE FUSION MÁS ALTO QUE LOS INSATURADOS normalmente los ac grasos se nombran ÁCIDOS GRASOS. ÁCIDOS ORGÁNICOS MONOCARBOXÍLICOS por el nombre comun Los ácidos grasos son largas cadenas hidrocarbonadas que poseen un grupo carboxilo y forman parte de los lípidos saponificables. Los ácidos grasos más abundantes son los de cadena lineal y no ramificada con carbonos pares, pero existen los ácidos grasos de cadenas ramificadas y de número impar de átomos de carbono frecuentes en plantas y en organismos marinos. Su cadena puede ser saturada (extendida con el menor impedimento en el espacio entre los grupos) o insaturada (el doble enlace siempre va a tener configuración cis y los dobles enlaces va a estar separados por un grupo metilo). Los ácidos grasos insaturados con más de un doble enlace (poliinsaturados) no pueden ser sintetizados por el organismo, sin embargo, estos son precursores de muchos compuestos muy importantes del organismo por lo que han de ser tomados en la dieta; por ello se llaman ácidos grasos esenciales. Los ácidos grasos trans están en los alimentos. Se forman por hidrogenación industrial del aceite mejorando su textura, estabilidad o presencia. Al consumirse provoca un aumento de la concentración de lipoproteínas de baja densidad LDL (colesterol malo) y una disminución de las lipoproteínas de alta densidad HDL (colesterol bueno). Ello es causa del aumento de riesgo en sufrir cáncer o enfermedades cardiovasculares como la diabetes. Rumen de rumiantes. Las bacterias atacan a los ácidos grasos insaturados, y a veces pueden pasar a la carne. NOMENCLATURA Se nombran con una palabra que nos indica el número de átomos de carbono y terminado en -oico. En caso de insaturado, se indicará el número y la posición del doble enlace. Además, los ácidos grasos se nombran con un nombre común que muchas veces es el más conocido y que no responde a su estructura. Existe otro tipo de nomenclatura llamada Δ y ω (delta y omega). El C 1 es siempre el que hay En la nomenclatura omega es muy comun usarla para ac. grasos de alimentos en el extremo carboxilo, En la nomenclatura Δ se indica el número de átomos de carbono y el número de tambien con lestras griegas (contiguo al del grupo dobles enlaces y su posición empezándose a numerar los átomos de carbono por el carboxilo, es decir el extremo carboxilo. Por ejemplo, el ácido linoleico (18 átomos de carbono y dos segundo=alfa segundo=omega w) dobles enlaces en la posición 9 y 12) sería 18:2 Δ9,12. Ac 9,12 OCTADECADIENOICO (el nombre no hace falta) En la nomenclatura ω se indica el número de átomos de carbono, número de dobles En la nomenclatura omega se enlaces y la posición del primer doble enlace únicamente, porque se sabe que dos empiezan a enumerar los dobles enlaces están separados por un grupo metileno (son conjugados), carbonos en el extremo contrario al extremo carboxilo empezando a numerar por el extremo opuesto al del grupo carboxilo, por lo que sería el 18:2 ω6 (el siguiente doble enlace estará en el carbono 9 “6+3=9”. La nomenclatura ω suele usarse para nombrar los ácidos grasos de los nutrientes (Ej. omega 3). 21  doble enlace cis: plegamiento en la cadena ac grasos esenciales: son aquellos que no puede sintetizarlos el organismo pero que son muy importantes, y las tomamos de fuentes externas, por ejemplo, el acido linoleico y linolenico. nomenclatura delta: cada vértice es un átomo de carbono los dobles enlaces siempre estan separados por un grupo metilo los acidos grasos con configuracion trans los encontramos en rumiantes atacados por bacterias, insaturados dan lugar a acidos grasos trans y procesos de oxigenacion industrial, aceites vegetales y de pescado. Los ac grasos cis son naturales nºatomos de C par: TIPOS DE LÍPIDOS COMPLEJOS O SAPONIFICABLES ALOCHOL + AC.GRASO entre 14-24 más comun 16-18 ACILGLICÉRIDOS (alcohol) Glicerol: alcohol constituyente de Son ésteres de glicerol/ glicerina/ propanotriol y ácidos grasos. acilglicéridos y glicerofosfolípidos Si se esterifica un grupo alcohólico con un ácido graso liberando una molécula de agua, tendremos un monoacilglicérido (monoglicérido). Si se esterifican dos grupos alcohólicos con dos ácidos grasos liberándose dos moléculas de agua, tendremos un diacilglicérido (diglicérido). Si se esterifican tres grupos alcohólicos con tres ácidos grasos liberándose tres moléculas de agua, tendremos un triacilglicérido (triglicérido). por ejemplo si el acido palmitico tuviera 3 enlaces ester? se diria tripalmitoil- glicerol (se indica a posicion y el nombre) -las mezclas de trigliceridos cuando predominan los insaturados serán liquidos y se llamaran aceites. -Si los que predominan son los saturados son sólidos y se llamarán grasas Estos triglicéridos son apolares, hidrófobos e insolubles en agua. neutras a ph fisiologico parte del tejido adiposo, almacenando energia A igualdad longitud de la cadena, es decir, a igualdad en número de átomos de carbono, los ácidos grasos insaturados tienen un punto de fusión menor que los ácidos grasos saturados, que lo tienen más alto, de modo que aquellos lípidos que están constituidos por ácidos grasos insaturados serán líquidos a temperatura ambiente y reciben el nombre de aceites. Los saturados serán sólidos a temperatura ambiente y reciben el nombre de grasas. Suelen tener densidades inferiores a la del agua, por eso, en mezcla de aceite y agua se forman dos fases. la distribucion del tejido adiposo tiene un caracter Se almacenan en los adipocitos del tejido adiposo, formando unas gotas de grasa hormonal, en las mujeres enormes que ocupan casi toda la célula. También se pueden almacenar en las semillas. es distinta que en los hombres, hay un patron Las enzimas que los hidrolizan se denominan lipasas. Cuando el adipocito está lleno hormonal, por ejemplo en manda la hormona leptina al cerebro la cual induce la saciedad. los hombres se almacena mas en el abdomen y en También los encontramos en el órgano espermaceti del cachalote, donde un 90% son las mujeres en las piernas, triglicéridos, ya que está constituido por: mezcla de trigliceridos y ceras glandula mamaria. o Triglicéridos ricos en ácidos grasos insaturados y ceras. son combustible para las células, o Es biológicamente importante porque a una Tª normal de 37ºC se encuentran los TG son mejores combustibles que los glucidos. en estado líquido, pero cuando descienden para comer calamares gigantes a Reserva energética en el tejido adiposo, tb son mas eficaces que el grandes profundidades la temperatura disminuyes y aumenta la densidad (31ºC) glucogeno por lo que empiezan a cristalizar (solidificación). tejido adiposo subcutaneo=aislante termico 22 LÍPIDOS COMPLEJOS=LÍPIDOS SAPONIFICABLES REACCIÓN DE SAPONIFICACION (PRODUCEN UNA SAL ACIDOS GRASOS INSATURADOS= pueden oxidarse uando estan en presencia de oxigeno provocando la rotura del doble enlace y la formacion de aldehidos y de carboxilos, ya que se oxida el doble enlace. Son más volatiles, por eso si un alimento que tiene muchos acidos grasos insaturados si se dejan mucho tiempo en presencia de oxigeno se estropean por el enranciamiento de la grasa. Por eso para la elaboracion de alimentos no interesa mucho que lleven muchos insaturados o cis, peor para ello se hace la hidrogenacion industrial de los acidos grasos insaturados, ddonde se sustituyen los dobles enlaces por enlaces simples, haciendo que los alimentos sean mas resitentes., esto dara lugar a la elaboracion de mantequillas. La hidrogenacion industrial hace que un acido graso insaturado sea saturado, pero esto tiene un efecto clateral indeseable que es que ácidos grasos cis se transforme en trans, aumentando la incidencia de enfermedades cardiovasculares. Cuando se produce la hidrogenacion hace que los alimentos se vuelvan más resistentes al calor los trans son FOSFOGLICÉRIDOS/ FOSFOLÍPIDOS/ GLICEROFOSFOLÍPIDOS perjudiaciales para la salud El C1 del glicerol/ propanotriol/ glicerina está esterificado con un ácido graso de cadena larga normalmente saturado de entre 16-18 átomos de carbono. El C2 está esterificado con un ácido graso de cadena larga insaturado de entre 18-20 átomos de carbono. El C3 forma un enlace éster con el grupo fosfato. Este compuesto formado se llama ácido fosfatídico, el cual es la unidad básica de todos los fosfolípidos. El grupo fosfato a su vez puede formar un enlace éster con el grupo hidroxilo de un compuesto que normalmente es un aminoalcohol, que va a constituir el grupo cabeza polar (ej: colina, etanolamina, serina, inositol, etc. Los distintos tipos de fosfolípidos se nombran según el grupo de cabeza polar como fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina…). Los fosfolípidos se distinguen en forma, tamaño y carga eléctrica del grupo cabeza polar. Son sustancias típicamente anfipáticas (parte apolar: glicerol y ácidos grasos; parte apolar: grupo fosfato y sustituyente polar). El fosfatidilglicerol (grupo polar glicerol) es un fosfolípido muy abundante en la membrana mitocondrial y es precursor de las cardiolipinas (son dos moléculas de ácido fosfatídico unidas por glicerol; abunda sobre todo en la membrana mitocondrial interna y en la pared celular bacteriana). Plasmalógenos. Son un tipo particular de fosfolípidos porque el C2 del glicerol está esterificado con un ácido graso de cadena larga. En el C3 hay un enlace éster con un grupo fosfato que a su vez puede formar un enlace éster con distintos grupos de cabeza polar (frecuentemente la etanolamina y la colina); pero el C1 forma un enlace éter con una cadena alifática hidrocarbonada, larga e insaturada entre C1 y C2. o Enlace éter: CH2OH + CH2OH → CH3-O-CH3 o Enlace éster: COOH + CH2OH → CO-O- CH3 + H2O Plasmalógeno de colina. Lo encontramos en las membranas plasmáticas de las células musculares y nerviosas. Cuando es un plasmalógeno de colina se conoce también como factor activador plaquetario; que es una molécula señal segregada por los basófilos que estimula la agregación de las plaquetas, además de la secreción por parte de estas de la serotonina (vasoconstrictor); además, realiza acciones importantes sobre el hígado, el músculo liso, el corazón, tejido uterino y el tejido pulmonar. Participa en la respuesta alérgica y en la respuesta inflamatoria. Son muy abundantes en el tejido cardiaco, de manera que aproximadamente la mitad de los lípidos cardiacos son plasmalógenos. 23 Esfingosina: alcohol constituyente de esfingolípidos (fosfoesfingolípidos y glucoesfingolípidos) ESFINGOLÍPIDOS Son ésteres de ácidos grasos y esfingosina (un aminoalcohol de cadena larga de 18 átomos de carbono e insaturado con un doble enlace en posición trans. Siendo un aminoalcohol porque tiene un grupo amino y dos grupos alcohólicos). La esfingosina forma enlace con un ácido graso a través de un grupo amino, para dar lugar a un enlace amida, obteniendo la ceramida, constituyente básico a partir del cual se forman todos los esfingolípidos. Encontramos principalmente dos tipos importantes, los que tienen fósforo en su molécula y los que tienen glúcidos en su molécula. Fosfoesfingolípidos. El grupo -OH terminal de la esfingosina establece enlace éster con el grupo fosfato, que a su vez puede unirse a grupos de cabeza polar. Uno muy típico es la esfingomielina, siendo la colina el grupo de cabeza polar. La esfingomielina se encuentra en la membrana celular de las células nerviosas animales y forma parte de la vaina de mielina que rodea y aísla a los axones de las neuronas mielinadas. Glucoesfingolípidos. Tienen un glúcido unido a la ceramida. Establecen un enlace de tipo o-glucosídico con un azúcar/ glúcido y dependiendo del azúcar que forma parte de la estructura, destacan: o Cerebrósidos. La ceramida se une a una sola osa o monosacárido. Son neutros a pH= 7. - D-glucosa: glucocerebrósido, encontrándose en membrana de células no nerviosas. - D-galactosa: galactocerebrósidos, encontrándose en membranas de células nerviosas. o Globósidos. La ceramida se une a una o más osas, como mucho cuatro. Las osas más frecuentes suelen ser la D-glucosa, D-galactosa y la N- acetilgalactosamina. Son compuestos neutros a pH=7. o Gangliósidos. La ceramida se une a un oligosacárido y, además, tiene una o más moléculas de ácido siálico/ N-acetilneuramínico/ NANA, al tener este ácido tienen un carácter fuertemente ácido a pH=7 (carga -), que lo diferencia de los globósidos que son neutros a pH=7. El glúcido se sitúa hacia fuera de la membrana plasmática. Su grupo polar determina los antígenos de los grupos sanguíneos AB0. 24  La cabeza oligosacárica polar está expuesta hacia el exterior de la membrana. Lo que les permite realizar funciones importantes en el reconocimiento celular y de moléculas extracelulares, actuando como moléculas señal que interaccionan con el receptor, desencadenando una cascada de respuesta celular. El contenido en gangliósidos de la membrana suele variar a lo largo del desarrollo embrionario, ya que existe un recambio o renovación constante. Por ejemplo, la formación de los tumores inducen cambios importantes en los gangliósidos de membrana. CERAS (el alcohol constituyente no es ni glicerol ni esfingosina) Es un ácido graso de cadena larga saturado o insaturado que esterifica a un alcohol (no es ni glicerol ni esfingosina) también de cadena larga (16-30 C). Cuando están en caliente son blandas y moldeables, pero en frío son duras e insolubles en agua. Forman cubiertas protectoras en la piel, plumas, pelo, hojas, frutos de plantas y exoesqueleto de artrópodos e insectos. FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS COMPLEJOS Los triglicéridos son apolares hidrófobos que tienen función de almacenamiento en el tejido adiposo (adipocitos). Los fosfolípidos y los esfingolípidos son sustancias anfipáticas y son típicamente lípidos de membrana porque cuando se disponen en un medio acuoso suelen dar lugar a bicapas lipídicas, monocapas o liposomas, siendo base del comportamiento de la membrana. Es raro que formen micelas porque las colas son muy largas y voluminosas. Las cadenas apolares se empaquetan ocultándose del medio acuoso, constituyendo las denominadas bicapas lipídicas que son la base de la estructura de las membranas celulares. El modelo más aceptado sobre las membranas biológicas es el modelo del mosaico fluido: o Mosaico. Porque distintos componentes (proteínas, glúcidos y lípidos) son los que forman las membranas biológicas. o Fluido. Porque las uniones entre los distintos componentes de la membrana son uniones no covalentes, de manera que puede haber un desplazamiento en el seno de la membran. o Asimétrica. La cara externa de la membrana tiene diferentes componentes que la cara interna de la membrana. o Dinámica. Existe un recambio metabólico continuo. Los fosfolípidos como las esfingomielinas (se acumula en la vaina de mielina que rodea a las neuronas), cerebrósidos y gangliósidos son componentes de membranas de células nerviosas. Las ceras forman cubiertas protectoras impermeables. RECAMBIO CONTINUO Los lípidos de membrana están sometidos a un proceso continuo de renovación y la velocidad de síntesis de lípidos se ve contrarrestada con la velocidad de degradación de los lípidos. Se degradan por la acción de enzimas hidrolíticas, que reciben el nombre de fosfolipasas. Estas fosfolipasas son principalmente: Las fosfolipasas A. o Fosfolipasa de tipo A1. Rompen la unión entre el ácido graso unido al C1 del glicerol. o Fosfolipasa de tipo A2. Rompen la unión entre el ácido graso unido al C2 del glicerol. La fosfolipasa C. Rompe el enlace del glicerol con el grupo fosfato. 25  La fosfolipasa D. Rompe el enlace del grupo fosfato con el grupo de cabeza polar. Cuando una fosfolipasa de tipo A rompe un ácido graso del fosfolípido se obtiene un compuesto llamado lisofosfolípido, y la siguiente enzima que actúe sobre este compuesto se llamará lisofosfolipasa. En el caso de los esfingolípidos, se degradarán por enzimas hidrolíticos específicos, generalmente contenidos en lisosomas. Si se producen alteraciones en alguna enzima de esfigolípidos se producirá un producto parcial de la degradación (acumulándose el esfingolípido en distintos tejidos y pudiéndose degradar), produciendo diferentes enfermedades genéticas: Nieman-Pick. Enfermedad genética rara que afecta a la enzima que degrada a la esfingomielinasa de modo que no se puede degradar la esfingomielina, acumulándose en el hígado, cerebro, bazo… Se detecta en lactantes produciéndoles retraso mental y muerte temprana. Tay-Sachs. Es una enfermedad genética recesiva algo más frecuente que la anterior, aunque sigue siendo rara. Altera la producción de una enzima y se produce la acumulación del gangliósido GM2 en cerebro y bazo. Produce retraso progresivo en el crecimiento y mental, parálisis, ceguera y muerte a los 3 o 4 años. TIPOS DE LÍPIDOS SI MPLES O INSAPONIFICABLES ISOPRENOIDES O TERPENOS Son compuestos derivados del isopreno, el cual es un hidrocarburo insaturado, de cinco átomos de carbono. Están formados por la unión de varias moléculas o unidades de isopreno formándose compuestos lineales o cíclicos y también se conocen con el nombre de terpenos. Encontraremos uniones de 2, 3, 4, 6 y 8 unidades de isopreno. Se nombran indicando el número de unidades de isopreno que forman parte de la molécula (monoprenoides C5, diprenoides C10, triprenoide C15, tetraprenoides C20, hexaprenoides C30 y octaprenoides C40), además, tienen un nombre común para cada uno de ellos. Los terpenos suelen ser aceites esenciales de diferentes vegetales (mentol, cafestol, limonelo…) y también vamos a encontrar cadenas de isoprenoides en muchas vitaminas liposolubles. ESTEROIDES Todos los esteroides son derivados de un compuesto hidrocarburo cíclico, el ciclopentanoperhidroxifenantreno (o núcleo del esterano). Lo forman tres anillos hexagonales y un anillo pentagonal, nombramdose con las letras A, B, C y D y enumerándose cada uno de los sustituyentes de átomo de carbono. En todos los esteroides naturales, excepto los ácidos biliares, la unión entre los distintos anillos se realiza en forma trans, así que la molécula tendrá una disposición extendida, a diferencia de los ácidos biliares, en los cuales la unión entre los anillos A y B se realiza en forma cis, lo que provocará que tenga una conformación replegada (lo que determina mucho la función de los ácidos biliares). Esteroles. Se caracterizan por tener un grupo hidróxilo en el C3 del esterano y una cadena lateral en el C17. El esterol de origen animal más importante es el colesterol, que tiene un grupo hidroxilo en el C3 en posición β, una cadena lateral en el C17 y un doble enlace entre el C5 y el C6. El colesterol se encuentra formando parte de la membrana 26  plasmática y, además, es el precursor del resto de los esteroides. Se puede sintetizar por todas las células del organismo, pero principalmente se sintetizan en el hígado y en la corteza suprarrenal. Cuando la suma del colesterol ingerido y del colesterol sintetizado supera las necesidades del organismo, se acumula produciendo patologías, como obstruir los vasos sanguíneos -aterosclerosis-. Hormonas esteroideas. Tanto las hormonas sexuales como también las hormonas suprarrenales tienen carácter esteroide. o Hormonas sexuales. Destacan la progesterona, tetosterona y estradiol, hormonas sintetizadas en las gónadas y en la placenta. Estas hormonas determinan la aparición de los caracteres sexuales secundarios, el establecimiento del ciclo mestrual, mantenimiento del embarazo, maduración de espermatozoides y, además, intervienen en la regulación del metabolismo (por ejemplo, la tetosterona tiene un efecto anabolizante, ya que estimula la síntesis de proteínas). o Hormonas suprarrenales. Estas hormonas son sintetizadas en las cápsulas suprarrenales. Destacan el cortisol, que regula el metabolismo hidrocarbonado, y la aldosterona, que es regulador del equilibrio iónico del organismo. o Ácidos biliares. Tiene tres grupos hidroxilo (-OH) y un grupo carboxilo (-COOH) unido al C17 al final de la cadena lateral. El grupo carboxilo puede establecer un enlace amida con la glicocola o con la taurina (derivado de la cisteína, que no es considerado aa porque no tiene un grupo carboxilo). Al encontrarse replegados los grupos polares en medio acuoso por su carácter anfipático, se sitúan hacia la parte cóncava de la molécula en contacto con el medio acuoso; mientras que la parte apolar se queda hacia la parte convexa, alejada del agua, en contacto con lípidos. Se sintetizan en el hígado, se almacenan en la vesícula biliar y se liberan al intestino después de una comida que tenga lípidos para permitir su digestión mediante la emulsión de estas grasas y la posterior absorción de lípidos por la mucosa intestinal. Son sustancias anfipáticas, tensoactivas (disminuyendo la tensión superficial) y ayudan a la digestión de lípidos de manera rápida, de dos formas distintas: 1. Se forman miles de gotas en las que el ácido biliar actúa como intermediario entre el agua y la grasa, es decir, que aísla a la grasa, haciéndola compatible con un entorno acuoso. 2. Al facilitar un entorno apolar con los lípidos (grasas), estos expondrán más grupos al medio ya que las moléculas se encuentran más distendidas, siendo más fácilmente accesibles a las enzimas lipasas y por lo tanto facilitando su degradación. EICOSANOIDES Son derivados de ácidos grasos de 20 átomos de carbono. Los más importantes y abundantes son los derivados de ácido araquidónico (20 átomos de C y 4 dobles enlaces). Los lípidos eicosanoides son lípidos que forman parte del sistema paracrino, son hormonas paracrinas, porque actúan sobre células que están muy cercanas al lugar donde se produce esa molécula señal, a diferencia de las hormonas del sistema endocrino, donde la molécula señal llega a zonas muy lejanas en el organismo. Veremos las siguientes: 27  compuestos cíclicos Prostaglandinas. Tienen un anillo de cinco átomos de carbono que procede del ácido araquidónico. Cuando se descubrieron se agruparon en dos grupos en función de su solubilidad. o Prostaglandinas E. Solubles en éter. o Prostaglandinas F. Solubles en tampón fosfato. Se descubrieron en la glándula prostática y posteriormente se han descubierto muchos grupos y subtipos de la prostaglandina. Regulan la síntesis de la molécula AMP-cíclico. El AMP-cíclico interviene en mediar la actividad de distintas hormonas. De modo que se puede decir que las prostaglandinas intervienen en funciones tanto celulares como tisulares. Realizan funciones muy potentes en el organismo, intervienen en la función reproductora, en la fiebre, dolor e inflamación producidos en lesión o enfermedad. Intervienen en la formación de coágulos sanguíneos y en la regulación de la presión arterial. Tromboxanos. Se llaman así porque son producidos por trombocitos o plaquetas, ciclicos Tienen un anillo de seis átomos de carbono y un enlace éter. Intervienen en la formación del coágulo sanguíneo y en la reducción del flujo sanguíneo hacia la zona del coágulo. Hay una ruta común inicial de síntesis a partir del ácido araquidónico para protaglandinas y tromboxanos en la cual hay una enzima COX que puede ser inhibida por los agentes antiinflamatorios no esteroideos (ibuprofeno, ácido acetilsalicíco o aspirina). Leucotrienos. Son compuestos lineales y se llaman así por encontrarse en los leucocitos, y tienen tres dobles enlaces en su cadena lateral. La sobreproducción de leucotrienos va a dar lugar a ataques asmáticos, por ello muchos agentes antiasmáticos (ej: prednisona) tiene como diana inhibir su ruta de síntesis. También son producidos en respuesta a antígenos extraños y por ello son responsables de las respuestas alérgicas. Cannabinoides. Son derivados del ácido araquidónico y hay dos tipos: o Endocannabinoides. Se originan en el interior del organismo, es decir, que son de síntesis endógena, no son hormonas paracrinas y son derivados lipídicos. o Fitocannabinoides. Derivados de la planta del cannabis. Existen vías de trasmisión cannabinérgica que actúan en mecanismos de control del dolor endógeno; su efecto es analgésico. Estos endocannabinoides actúan sobre los receptores cannabinérgicos (CB1 y CB2). Se usan en epilepsia para el control de las convulsiones y también tienen efectos antieméticos (de náuseas y vómitos). VITAMINAS Las vitaminas son unas moléculas que desempeñan unas funciones esenciales para el organismo pero que no pueden ser sintetizadas en él, es por eso que es necesario ingerirlos en la dieta. En función de su solubilidad se pueden clasificar en vitaminas: Vitaminas liposolubles. La mayor parte de ellas tienen cadenas isoprenoides largas y son de naturaleza lipídica. Algunas actúan como hormonas. Son insolubles en agua y solubles en solventes apolares. Son las vitaminas A, D, E, K (la A y D son precursores hormonales). Vitaminas hidrosolubles. Son precursoras de coenzimas y solubles en agua. Pueden extraerse de los tejidos mediante solventes acuosos. De las vitaminas liposolubles no es conveniente tomar un suplemento vitamínico ya que pueden acumularse, a diferencia de las hidrosolubles en las que no existiría este problema. 28 VITAMINA D 3 O COLECALCIFEROL Se sintetizan en la piel a partir del 7-deshidrocolesterol mediante una reacción fotoquímica que es activada por el componente ultravioleta de la luz solar, que va a romper en el 7- deshidrocolesterol, dando lugar a lo que se conoce como vitamina D3 o colecalciferol, que no es biológicamente activa. Esta vitamina D3 sufrirá una primera hidroxilación en el C25 que tiene lugar en el hígado y, posteriormente sufrirá una segunda hidroxilación en el C1 en el riñón, dando el 1,25-didroxicolecalciferol, que es biológicamente activo y actúa como paratohormona. Regula la captación del calcio en el intestino y las concentraciones de calcio en riñón y huesos. La deficiencia va a producir una formación defectuosa de los huesos (raquitismo en los niños y osteomalacia en los adultos, el cual mejora de forma espectacular con la incorporación de vitamina D). VITAMINA A O A 1 La vitamina A o A1 se sintetiza en el organismo a partir del precursor β-caroteno (amarillo naranja), el cual no puede ser sintetizado en el organismo, debe ser ingerido en la dieta, a través de alimentos como frutas y verduras de color naranja. Es un derivado del isopreno y tiene 30 átomos de carbono. Sufre una rotura enzimática y dará dos moléculas de vitamina A/A1/retinol. En el interior del organismo, la vitamina A va a sufrir una oxidación en el C15 que tiene un grupo alcohol, el cual pasará a aldehído 11-cis-retinal. En el interior del organismo el 11-cisretinal puede sufrir otra oxidación en el C15 de forma que el aldehído pasa a ácido y tenemos ácido retinoico, que actúa como hormona y regula la expresión génica. También el retinal puede actuar como pigmento visual formando parte de una molécula que se conoce como rodopsina, formada por una proteína (la opsina), y el 11-cisretinal. Se encuentran en los bastones. En la oscuridad, el compuesto se encuentra como 11-cis-retinal, pero al incidir la luz visible sobre este produce una reacción fotoquímica, dando lugar a un cambio conformacional para producir otra molécula (isómero) llamada todo-transretinal. Este cambio afecta a toda la molécula de rodopsina, que cambia de conformación también. Se produce una señal eléctrica que se trasmite desde la retina al cerebro y es responsable de la percepción visual. Todo-transretinal se recicla enzimáticamente a 11-cisretinal para poder volver a ser utilizado. La vitamina A se encuentra en el hígado, leche entera, huevos y mantequilla. El β-caroteno se encuentra en zanahorias y hortalizas de color amarillo/ naranja. La falta de vitamina A produce sequedad en la piel, mucosas, y en los ojos, crecimiento y desarrollo retardados y ceguera nocturna (nictalopía o mala visión nocturna). VITAMINA E Como la vitamina E se conoce a un conjunto de lípidos que reciben el nombre de tocoferoles, constan de un anillo aromático sustituido y una cadena isoprenoide larga. Actúan como antioxidantes biológicos porque el anillo aromático va a reaccionar con especies reactivas del oxígeno y con radicales libres y lo destruye. Así evitan la oxidación de los ácidos grasos insaturados de membrana (que se vuelven frágiles cuando se oxidan y hace que se puda romper fácilmente la membrana), los podemos encontrar en alta proporción en las células nerviosas, eritrocitos… en los cuales es común la lisis celular. Su deficiencia es rara. VITAMINA K Es esencial para la coagulación de la sangre, sigue un ciclo de oxidación-reducción para la formación de la protombina activa. La deficiencia en vitamina K es muy rara. Está constituida por un anillo aromático y una cadena isoprenoide larga. Su deficiencia es también rara. 29 QUINONAS Por último, aunque no son vitaminas, destacan las quinonas (tienen naturaleza lipídica); entre ellas tenemos la ubiquinona/ coenzima Q y la plastoquinona. Actúan como transportadores de electrones lipofílicos que intervienen en las reacciones de oxidación-reducción que impulsan la síntesis de ATP, bien en la mitocondria (ubiquinona) o bien en el cloroplasto (plastoquinona). Se puede sintetizar en el organismo, el anillo CoQ. O la porción benzoquinona se sintetiza a partir de la tiroxina, y la cadena isoprenoide a partir del acetil-CoA. TEMA 5. INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LAS PROTEÍNAS Las proteínas son biomoléculas de las cuales casi todas tienen C, H, O, N y la mayoría también S y otras tienen Fe, Zn, Cu y P. La unidad estructural de las proteínas son los aminoácidos proteicos de los cuales existen 20 y se pueden clasificar en estándar o no estandard. Además, existen los aminoácidos no proteicos (alrededor de 300; pueden formar parte de otras moléculas no proteicas, son intermediarios del metabolismo, vitaminas, coenzimas, ácidos biliares, neurotransmisores, hormonas, pigmentos…). FUNCIONES DE LAS PROTEÍNAS Fuente de energía, aunque la contribución es mucho menor que la de los glúcidos y lípidos. Almacenamiento de sustancias (mioglobina- oxígeno, ferritina- hierro). Transportadores de moléculas (lipoproteínas, transferrina, hemoglobina). Forman parte de sistemas contráctiles (cilios y flagelos, actina y miosina “sistema contráctil músculo”). Forman parte del mecanismo de defensa frente a los agentes extraños (inmunoglobulinas). Desempeñan un papel estructural importante en especial las proteínas fibrosas (colágeno, elastina, queratina en el tejido conjuntivo como la piel, ligamentos, tendones, huesos, uñas, pelo, garras…) Forman parte de las membranas biológicas (permiten el tráfico controlado de moléculas polares a través de la membrana, siendo una bicapa lipídica con naturaleza hidrofóbica). Función de reconocimiento de ciertas moléculas extracelulares, desempeñando un papel muy importante en la comunicación celular, reconocimiento de hormonas, actuando de neurotransmisores, son factores del crecimiento… Catalizadores biológicos (enzimas catalizadoras biológicas) regulando la velocidad de las reacciones bioquímicas. Forman parte de los mecanismos que impiden la pérdida de sangre, cuando existe algún daño en el vaso sanguíneo (trombina, protrombina, fibrinógenos). Mantenimiento del equilibrio hídrico (presiones osmóticas) asegurando una correcta distribución de agua entre el espacio vascular, intersticial, extracelular y celular. LOA AMINOÁCIDOS Se llaman así por tener un grupo básico y amino y un grupo ácido y carboxilo. Puesto que tiene características ácidas y básicas en la misma molécula son anfóteras. Los aminoácidos proteicos se clasifican en: Estándar. Se encuentran presentes en las proteínas y son 20. No estándar. Se encuentran presentes en las proteínas, pero están modificados. Estas modificaciones son postraduccionales, una vez producida la síntesis de la proteína. 30 Cuando hablamos de los átomos de C de moléculas que tienen grupos funcionales podemos designarlos de dos maneras: Los numeramos y en este caso el C1 siempre es el del carbono carboxilo. Los nombramos con letras griegas y el carbono alfa es el continuo al carbono carboxilo. Todos los aminoácidos son α-aminoácidos. Además, este carbono alfa es un carbono quiral o asimétrico excepto en la glicocola/ glicina cuyo grupo funcional o sustituyente tiene un H. Como buen carbono quiral va a dar lugar a dos enantiómeros o isómeros especulares. Si el grupo amino lo representamos a la izquierda es el isómero L y si está a la derecha es el isómero D. Todos los aminoácidos proteicos pertenecen a la serie de los L-aminoácidos, a diferencia de las osas o monosacáridos que son de la serie D. En el aminoácido podemos encontrar distintos estados de ionización o formas iónicas en función del Ph. FORMA ZWITTERIÓNICA En pH ácido los grupos se encuentran protonados porque captan el exceso de protones que existe en el medio, mientras que si se encuentran en un medio de pH básico los grupos están desprotonados ya que liberan los protones para compensar la falta que existe en el medio. Si conocemos el pk´ de los grupos ácidos de una proteína o de un aminoácido, utilizando la ecuación de Hendelson-Hasselbach, podremos determinar la forma iónica correspondiente a un pH determinado. Cambios del pH provocan cambios en el estado de ionización y en la carga eléctrica de la molécula lo que afecta a las funciones de la molécula. A pH 7, es decir, cercano a pH fisiológico, encontramos los aminoácidos en forma de ión dipolar como ión bivalente (cargado negativa y positivamente) que recibe el nombre de forma zwitteriónica. La carga iónica de las proteínas a pH básico se usa en bioquímica médica para el diagnóstico clínico; cambios en la concentración de distintas proteínas puede relacionarse con diversas patologías. Cuando separamos las proteínas plasmáticas en un campo eléctrico por electroforesis y a pH básico podemos clasificarlas en 5 facciones. Por lo tanto, podemos clasificar las proteínas plasmáticas en función de la carga o estado de ionización de los aminoácidos de las proteínas. Dicho estado de ionización de los aminoácidos cambia en función del pH y determina la actividad fisiológica de las proteínas en función del pH. 31  Las albúminas. Las alfa-1-globulinas. Las alfa-2-globulinas. Las beta-globulinas. Las gamma-globulinas. CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS (AMINOÁCIDO ESTÁNDAR) Los clasificaremos según su cadena lateral. o Aminoácidos no polares/ apolares. (LOS AA ESENCIALES CONDICIONALES: Glicocola/ glicina, Alanina, Prolina, Valina, Leucina, Isoleucina, Metionina (con EL ORGANISMO TIENE azufre). La prolina es una amina secundaria (derivada del amoniaco NH 3, por sustitución LAS RUTAS PARA CONFIGURARLOS, PERO de los hidrógenos) es particular porque el grupo amino está incluido en un heterociclo EN DETERMINADAS junto con la cadena lateral, por lo que no existe capacidad de giro en torno al carbono SITUACIONES COMO ESTRÉS, ENFERMEDAD, alfa. Por ello, se imponen restricciones de la conformación que puede adquirir la cadena CRECIMIENTO, SE polipeptídica que contenga prolina. NECESITARÁ o Aminoácidos aromáticos. PRESENTA RESONANCIA, aumenta la estabilidad, absorben la luz UV, los hace mu reactivos SUPLEMENTAR LA DIETA CON ESOS AMINOACIDOS Fenilalanina (benceno), Tirosina (fenol), Triptófano (indol; también impone YA QUE NO SE restricciones al ser un aminoácido muy voluminoso). En general todos ellos son SINTETIZAN EN SUFICIENTE CANTIDAD) voluminosos. o Aminoácidos polares (sin carga). Serina (grupo OH), Treonina (grupo OH), Cisteína (con azufre), Asparagina (derivado del ácido aspártico) y Glutamina (derivado del ácido glutámico). En estos dos últimos el Prolina: el C alfa no tiene libertad de giro grupo carboxilo de la cadena lateral se encuentra aminado. o Aminoácidos cargados positivamente. A pH 7, carga + Lisina, Arginina, Histidina (con la estructura heterocíclica del imidazol). o Aminoácidos cargados negativamente. A pH 7, carga negativa Ácido aspártico, Ácido glutámico (grupo carboxilo en su cadena lateral). Algunos aminoácidos son esenciales ya que nuestro organismo no puede sintetizarlos y se han de consumir en la dieta. NOMENCLATURA Se nombran o bien con una sola letra o bien con tres que en este caso son las iniciales del nombre en inglés. AMINOÁCIDOS NO ESTÁNDAR (Los aa no estándar son aquellos que derivan de los estándar por modificacion postraduccional de ese aminoacido. Ejemplos: algunos aa del colágeno: 4HxPro y 5Hxlys gamma-CARDOXIGLUTAMATO (Protombina) 32 METIL Lys (Miosina) Desmosina: 4 Lys (Elastina)  Existen los aminoácidos con modificaciones permanentes postraduccionales sobre los estándar. Destacan: Cistina. Formado por la unión de dos cisteínas con un enlace o puente disulfuro. 4-hidroxiprolina. La encontramos en paredes celulares (vegetales) de plantas y en el colágeno. Deriva de la prolina. 5-hidroxilisina. La encontramos en el colágeno, deriva de la hidroxilisina. 6-N-metillisina. Está en la miosina, proteína contráctil del músculo. Desmosina. Deriva de la elastina formada por 4 residuos de lisina modificados formando un heterociclo. (γ)Gammacarboxiglutamato. Se encuentra en la trombina. Selenocisteína. Tiene actividad enzimática debido a un átomo de selenio en la estructura. Es frecuente encontrarlo en las enzimas y suele formar parte del centro activo. Existen también otros aminoácidos con modificaciones reversibles (transitorias) temporales postraduccionales. Estas modificaciones son regulatorias, aumentan o disminuyen la actividad de la proteína. Pueden ser adiciones o deleciones de grupos fosforilo (muy frecuente la fosforilación), metilo, adenilo, acetilo). Los aa son anfipáticos ya que pueden comportarse como ácido o base. ZUITTERION: cuando el aa