Bioquímica T1-7 PDF

Bioquímica La BIOQUÍMICA es la ciencia que estudia las diversas moléculas presentes en los organismos vivos, las reacciones químicas que se llevan a cabo y los procesos metabólicos que estas determinan, a nivel molecular. El PROPÓSITO DE LA MATERIA BIOQUÍMICA HUMANA consiste en comprender y descri...

Bioquímica La BIOQUÍMICA es la ciencia que estudia las diversas moléculas presentes en los organismos vivos, las reacciones químicas que se llevan a cabo y los procesos metabólicos que estas determinan, a nivel molecular. El PROPÓSITO DE LA MATERIA BIOQUÍMICA HUMANA consiste en comprender y describir a nivel molecular, todos los procesos químicos de las células vivas y su relación con la fisiología, la salud y las enfermedades. Aporta conocimiento sobre las causas y mecanismos de las enfermedades. La BIOQUÍMICA se interrelaciona con la BIOLOGÍA CELULAR, con la GENÉTICA MOLECULAR y con la BIOLOGÍA MOLECULAR. o Las BIOMOLÉCULAS son las moléculas orgánicas que se encuentran en los seres vivos, mientras que los BIOELEMENTOS son los elementos químicos que componen esas BIOMOLÉCULAS. Por lo tanto, los BIOELEMENTOS son las unidades estructurales de las BIOMOLÉCULAS. Las BIOMOLÉCULAS están formadas por BIOELEMENTOS y se clasifican en: Biomoléculas inorgánicas: No contienen carbono como principal componente (Agua, Sales Minerales, Oxígeno y Dióxido de carbono). No forman enlaces C-C. Biomoléculas orgánicas: Contienen carbono y son responsables de las principales funciones bioquímicas. Las principales son los Carbohidratos, Lípidos, Proteínas y Ácidos Nucleicos. Forman enlaces C-C. o Los BIOELEMENTOS son elementos químicos esenciales para la vida que forman parte de las biomoléculas presentes en los organismos. Los principales son CARBONO, HIDRÓGENO, OXÍGENO, NITRÓGENO, FÓSFORO y AZUFRE. CHONPS. Estos elementos constituyen proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y carbohidratos, fundamentales para la estructura y fusión celular. Además, otros elementos en menor cantidad como el calcio, potasio y hierro también son vitales para procesos biológicos.  Bioquímica La presencia y equilibrio de estos BIOELEMENTOS son esenciales para mantener la homeostasis y vitalidad de los organismos. La deficiencia de los bioelementos puede causar desbalances en el cuerpo, causando mal funcionamientos en el organismo. 1º BIOELEMENTOS PRIMARIOS: Son los más abundantes y esenciales para la vida. Representan aproximadamente el 99% de la masa de los seres vivos. Incluyen: ▪ Oxígeno (O) 65% ▪ Carbono (C) 18% ▪ Hidrógeno (H) 10% ▪ Nitrógeno (N) 3% ▪ Fósforo (P) 1% ▪ Azufre (S) 2º BIOELEMENTOS SECUNDARIOS: Son menos abundantes, pero también esenciales. Incluyen: ▪ Calcio (Ca2+) ▪ Magnesio (Mg2+) ▪ Sodio (Na+) ▪ Potasio (K+) ▪ Cloro (Cl-) 3º OLIGOELEMENTOS: Son necesarios en muy pequeñas cantidades, pero son esenciales para el correcto funcionamiento de los organismos. ▪ Cobre (Cu) ▪ Manganeso (Mn) ▪ Hierro (Fe) ▪ Zinc (Zn) ▪ Cobalto (Co) ▪ Yodo (I) ▪ Selenio (Se)  Bioquímica COMPUESTOS ORGÁNICOS: moléculas que contienen en su estructura, átomos de carbono unidos a hidrógeno. Los más importantes son las PROTEÍNAS, GLÚCIDOS, LÍPIDOS y ÁCIDOS NUCLEICOS. Suelen contener además oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros elementos más escasos. o Las MACROMOLÉCULAS son moléculas de enorme tamaño, es decir, que están compuestas por miles o cientos de miles de átomos. Las que están compuestas por unidades de moléculas más pequeñas (llamadas monómeros) que se repiten conformando toda su estructura se llaman polímeros. Son los ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínas, lípidos y glúcidos. o Las FUNCIONES BIOQUÍMICAS son las funciones de compuestos que poseen una cadena carbónica con hidrógenos terminales definida. Enseguida se muestran los principales compuestos orgánicos que se estudian en bioquímica, los sitios de mayor reactividad en las moléculas (llamados GRUPOS FUNCIONALES) y las principales uniones (enlaces) que se forman al reaccionar los grupos funcionales. METILO  Pertenece al grupo de los ALQUILO  NO POLAR debido a la simetría de los hidrógenos alrededor del carbono.  Participa en reacciones de metilación y sustitución en otras moléculas. ETILO  Pertenece al grupo de los ALQUILO.  Actúan como sustituyentes en otras moléculas. FENILO  Grupo derivado del BENCENO. Se trata de una estructura aromática.  Es muy importante en BIOMOLÉCULAS debido a su estabilidad y a su capacidad para participar en una variedad de reacciones químicas. ALDEHÍDO:  Grupo funcional muy importante en BIOMOLÉCULAS.  Son bastante reactivos debido a la polaridad del grupo carbonilo que es electrollico, mientras que el oxígeno es nucleollico.  Bioquímica  Los aldehídos de cadenas cortas son solubles en agua debido al grupo carbonilo para formar puentes de hidrógeno con el agua. CETONA:  Son menos reactivas que los ALDEHÍDOS, debido a la menor polaridad del grupo carbonilo ya que está flanqueado por dos grupos alquilo que dona electrones.  Las CETONAS de bajo peso molecular son solubles en agua debido al grupo carbonilo para formar puentes de hidrógeno con el agua. CARBOXILO:  Se tratan de ácidos débiles.  Los de bajo peso molecular son solubles en agua, por la capacidad del grupo carboxilo de formar puentes de hidrógeno. ALCOHOL:  Son POLARES, por la presencia del grupo hidroxilo que puede formar puentes de hidrógenos.  Tienen una acidez similar a la del agua. Intervienen en reacciones de: oxidación, deshidratación, esterificación, etc. ÉTER:  Grupo funcional VERSÁTILES como SOLVENTES y como INTERMEDIARIOS.  Polaridad moderada inferior a los alcoholes. No pueden formar puentes de hidrógeno entre sus propias moléculas.  Son menos solubles que los alcoholes, mientras son buenos solventes. ÉSTER:  Grupo FUNCIONAL importante y VERSÁTIL  Son moléculas POLARES debido a la presencia del grupo carbonilo, pero no forman puentes de hidrógeno con otros ésteres.  Los de bajo peso molecular son moderadamente solubles en agua.  Bioquímica Las CÉLULAS contienen:  70% agua.  18% aminoácidos que forman las proteínas. o Función: Catalizar reacciones (enzimas), estructurar células y tejidos, transportar moléculas, regulación de procesos. o Ejemplos: Hemoglobina, colágeno, insulina, actina y miosina.  5% ácidos grasos que forman los lípidos. o Función: Especialmente los triglicéridos, son almacenados en el tejido adiposo y pueden ser metabolizados para proporcionar energía cuando es necesario. Almacenamiento de energía, componente estructural de las membranas celulares, señalización. o Ejemplos: Triglicéridos, fosfolípidos, esteroles (como el colesterol).  2% monosacáridos que forman los glúcidos (Carbohidratos). o Función: Los carbohidratos son la fuente principal de energía para las células. La glucosa es metabolizada en las células para producir ATP (moneda energé/ca). Proporcionar energía y estructurar ciertas células. o Ejemplos: Glucosa, fructosa, sacarosa, almidón, celulosa.  1% nucleóLdos consCtuyentes de los ácidos nucleicos (ADN y ARN) o Función: Almacenar y transmiCr la información genéCca. Juega un papel clave en la síntesis de proteínas. o Ejemplos: ADN (ácido desoxirribonucleico) – Almacena la información, ARN (ácido ribonucleico) – Transfiere la información.  4% restante lo consCtuyen sales, tampones, etc..  Bioquímica 1. CARBOHIDRATOS (GLÚCIDOS) Los glúcidos=carbohidratos=azúcares=sacáridos, son biomoléculas orgánicas formadas por C, H y O; y su fórmula empírica es Cn(H2O)n (la glucosa es C6H12O6). Químicamente son polialcoholes con un grupo aldehído (-COH) o un grupo cetona (-CO-). Son las biomoléculas más abundantes, ciertos glúcidos como el azúcar y el almidón son fundamental en la dieta humana y su oxidación es la principal ruta de obtención de energía. Funciones Energética. Principal función, el glúcido más importante y de uso inmediato es la glucosa. Sacarosa, almidón (vegetales) y glucógeno (animales) son formas de almacenar glucosas. Estructural. El enlace  impide la degradación de estas moléculas y hace que algunos organismos puedan permanecer durante cientos de años. La celulosa, hemicelulosas y pectinas forman la pared vegetal. Lubricación de articulaciones óseas Participación en el reconcomiendo y adhesión intercelular. Actúan de señal de localización intracelular. Clasificación por tamaño Monosacáridos, una única molécula; el monosacárido más abundante en la naturaleza es la D-glucosa. Oligosacáridos, cadenas cortas de unidades de monosacáridos (de 2 a 10 monosacáridos) unidos por principalmente por enlaces glucosídicos. Los más abundantes son los disacáridos. Polisacáridos, formadas por más de 20 unidades de monosacáridos, formando cadenas lineales (celulosa) y otros ramificados (glucógeno). Formación de un disacárido, monosacárido + monosacárido  Bioquímica 1.2. MONOSACÁRIDOS Propiedades: Son solubles en agua, dulces, cristalinos y blancos. Todos los monosacáridos contienen uno o más carbono asimétrico (quiral), menos la Dihidroxiacetona, esto significa que el átomo de carbono está unido a 4 elementos diferentes. Carbono anomérico: carbono carbonílico que se transforma en un nuevo centro quiral tras una ciclación Principales monosacáridos Triosas: Destacan el D-gliceraldehído y la dihidroxiacetona. Pentosas: La D-ribosa forma parte del ácido ribonucleico y la 2-desoxirribosa del desoxirribonucleico. En la D-ribulosa destaca su importancia en la fotosíntesis. Hexosas: La D-Glucosa se encuentra libre en los seres vivos. Es el más abundante en la naturaleza, utilizándolo las células como fuente de energía. La D-fructosa se encuentra en los frutos y la D-Galactosa en la leche. Se oxidan fácilmente, transformándose en ácidos, por lo que se dice que poseen poder reductor (cuando ellos se oxidan, reducen a otra molécula). Aldo + nºdecarbono + osa Cetosa + nºdecarbono + osa Los monosacáridos en agua se ciclan para ser más estables, normalmente los monosacáridos de más de 4 carbonos. 1.3. OLIGOSACÁRIDOS. DISACÁRIDOS Los están formados por dos monosacáridos unidos oligosacáridos, covalentemente mediante un enlace O-glucosídico. Los más comunes son los DISACÁRIDOS. Propiedades: Son solubles en agua, dulces y cristalizables. Pueden hidrolizarse (romperse) y ser reductores cuando el carbono anomérico de alguno de sus componentes no está implicado en el enlace entre los dos monosacáridos. La capacidad reductora de los glúcidos se debe a que el grupo aldehído o cetona puede oxidarse dando un ácido. Principales disacáridos Maltosa = Glucosa + Glucosa. Es el azúcar de malta. Grano germinado de cebada que se utiliza en la elaboración de la cerveza. Poder REDUCTOR Lactosa = Galactosa + Glucosa. Es el azúcar de la leche de los mamíferos. Poder REDUCTOR. Sacarosa = Glucosa + Fructosa. Es el azúcar de consumo habitual, se obtiene de la caña de azúcar y remolacha azucarera. Es el único disacárido con poder NO REDUCTOR.  Bioquímica 1.4. POLISACÁRIDOS Están formados por la unión de muchos monosacáridos, de 11 a cientos de miles. Sus enlaces son O-glucosídicos con liberación de una molécula de agua por enlace. Sirven de reserva energética y de componentes estructurales en las paredes celulares y en la matriz extracelular. Características Peso molecular elevado No tienen sabor dulce Pueden ser insolubles o formar dispersiones coloidales No poseen poder reductor Los homopolisacáridos contienen un único tipo de monómero; algunos sirven para almacenamiento de monosacáridos que se usan como combustible biológico; el almidón y el glucógeno. Otros HOMOPOLISACÁRIDOS, como la celulosa y la quitina, actúan como elementos estructurales en las paredes celulares de plantas y en el exoesqueleto de algunos animales. Los heteropolisacáridos contienen dos o más tipos diferentes. Los heteropolisacáridos proporcionan protección, forma y soporte a células, tejidos y órganos. Por ejemplo, la capa rígida de la envoltura de la célula bacteriana (el peptidoglucano) está compuesta por dos unidades alternantes de monosacáridos. 2. LÍPIDOS Biomoléculas orgánicas que son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos, como el éter, el cloroformo y el alcohol. Desempeñan varias funciones importantes como la formación de membranas celulares, el almacenamiento de energía y la señalización celular. Tipos de lípidos 2.1. Triglicéridos (grasas y aceites) Función: Principal forma de almacenamiento de energía en los animales. Estructura: Compuestos por una molécula de glicerol unida a tres ácidos grasos.  Bioquímica 2.2. Fosfolípidos Función: Componen la estructura básica de las membranas celulares. Estructura: Formados por dos ácidos grasos, un grupo fosfato y una molécula de glicerol. Tienen una cabeza hidrofílica (soluble en agua) y dos colas hidrofóbicas (insoluble en agua). 2.3. Esteroles (incluyendo colesterol) Función: Componentes estructurales de las membranas celulares y precursores de hormonas esteroides. Estructura: Estructura de cuatro anillos de carbono fusionados. 2.4.Glucolípidos Función: Participan en el reconocimiento y comunicación celular. Estructura: Combinan lípidos con carbohidratos. Pueden derivar del glicerol o de otro alcohol llamado esfingol. Se forma a partir de la ceramida, que se une a un glúcido, el cual puede ser glucosa, galactosa o bien un oligosacárido Funciones de los Lípidos 1. Almacenamiento de Energía, los triglicéridos se metabolizan, proporcionando más del doble de energía por gramo que los carbohidratos o las proteínas. 2. Formación de Membranas Celulares, los fosfolípidos forman una bicapa que es la base de todas las membranas celulares. Esta bicapa es semipermeable, permitiendo el paso selectivo de sustancias. 3. Aislante Térmico, los lípidos almacenados en el tejido adiposo actúan como aislante térmico, ayudando a mantener la temperatura corporal.  Bioquímica 4. Protección y Amortuguación, el tejido adiposo protege órganos internos y proporciona amortiguación contra impactos. 5. Señalización Celular, algunos lípidos actúan como mensajeros celulares, transmitiendo señales entre y dentro de las células. 6. Precursores de Hormonas, los esteroles, como el colesterol, son precursores de hormonas esteroides, que regulan funciones fisiológicas. DIGESTIÓN Y METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS - Digestión: En el intestino delgado, las enzimas lipasas descomponen los triglicéridos en ácidos grasos y glicerol. - Absorción: Ambos productos se absorben en el intestino y se transportan en la sangre en forma de lipoproteínas. - Metabolismo: Los ácidos grasos pueden ser utilizados inmediatamente para obtener energía, almacenados en el tejido adiposo o convertidos en otras moléculas importantes. Grasas “malas” Grasas “buenas” Grasas saturadas y trans Grasas mono y poliinsaturadas Sólidas a temperatura ambiente Líquidas a temperatura ambiente Grasas animales: carnes, queso, Aceites vegetales: aceite de oliva, manteca de cerdo. canola. Aceites de coco y palma Nueces, omega-3 (salmón, caballa) Grasas trans: margarinas en barra, comidas procesadas. 3. PROTEÍNAS Biomoléculas compuestas por una o más cadenas de aminoácidos. Muy importantes para la estructura, función y regulación de los tejidos y órganos del cuerpo. 3.1. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS - Aminoácidos, son las unidades más pequeñas y/o básicas que forman las proteínas. Existen 20 aminoácidos distintos que se combinan para formar proteínas. Contienen al menos un grupo carboxilo (-COOH) y un grupo amino (-NH2). Los aminoácidos que un organismo no puede sintetizar tienen que ser suministrados con la dieta, aminoácidos esenciales y aquellos que el organismo puede sintetizar se llaman aminoácidos no esenciales.  Bioquímica ENLACE PEPTÍDICO Es un enlace entre el grupo amino de un aminoácido y el grupo carboxilo de otro aminoácido. Los péptidos y las proteínas están formados por la unión de aminoácidos mediante enlaces peptídicos. - Estructura primaria, secuencia LINEAL de aminoácidos en una cadena polipeptídica. - Estructura secundaria, se forman los “pliegues” o plegamientos de la estructura primaria, puede ser en forma de alfa hélice (ADN) o láminas beta, esta estructura se estabiliza por enlaces de hidrógenos (puentes de hidrógenos). - Estructura terciaria, estructura tridimensional de una proteína formada por las interacciones entre sus aminoácidos más lejanas. - Estructura cuaternaria, se da en proteínas compuestas por más de una cadena de aminoácidos, formando una única proteína funcional. 3.2. FUNCIONES 1. Estructural: Estructuras de células y tejidos, como el colágeno en la piel y los huesos, la queratina del cabello y uñas. 2. Enzimática: Actúan como catalizadores biológicos, acelerando reacciones químicas de nuestro organismo. Las ENZIMAS son proteínas específicas para cada reacción. 3. Transporte: Transportan moléculas y iones dentro del cuerpo (Hemoglobina, transporte de oxígeno). 4. Movimiento: Proteínas musculares como la actina y la miosina, se encargan de la contracción muscular. 5. Defensa: Las inmunoglobulinas (anticuerpos), ayudan a defender al cuerpo contra infecciones. 6. Regulación: Las hormonas proteicas (Insulina), regulan procesos fisiológicos importantes. 7. Almacenamiento: Existen proteínas que almacenan aminoácidos, la ferritina almacena hierro en el hígado. 3.3. TIPOS DE PROTEÍNAS Fibrosas (fibroproteínas) Globulares Proteínas de membrana Insolubles en agua, función Solubles en agua, función Integradas en las membranas estructural. Ej: colágeno, metabólicas y reguladoras. celulares, función receptora, queratina y elastina Ej: enzimas, anticuerpos y canales y transportadores. algunas hormonas. Ej: glicoproteína.  Bioquímica 3.4. DIGESTIÓN Y METABOLISMO Digestión, se realiza en el estómago y en el intestino delgado. Las proteínas se descomponen en aminoácidos (unidad más simple) por la acción de enzimas digestivas, como la pepsina y las proteasas. Absorción, los aminoácidos se absorben en el intestino delgado y se transportan por el torrente sanguíneo a las células de todo nuestro cuerpo. Metabolismo, estos aminoácidos pueden ser utilizados para sintetizar (crear) nuevas proteínas, producir energía o formar otros compuestos esenciales. 4. ÁCIDOS NUCLEICOS Biomoléculas que almacenan y transmiten la información genética, además, son las responsables de la síntesis de proteínas. Los ácidos nucleicos se dividen en dos tipos: el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). 4.1. Estructura de los ácidos nucleicos. - Nucleótidos. Los ácidos nucleicos están formados por unidades básicas llamadas nucleótidos, estos nucleótidos se componen de tres partes: - Grupo fosfato. - Azúcar pentosa: Desoxirribosa en el ADN y la ribosa en el ARN. - Base nitrogenada: En el ADN, Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) y Guanina (G). Y en el ARN, Adenina (A), Uracilo (U), Citosina (C) y Guanina(G). o Estructura primaria, secuencia LINEAL de nucleótidos en una cadena de ADN o ARN. o Estructura secundaria, en el ADN se forma la doble hélice, dos cadenas de nucleótidos están unidas por enlaces de hidrógeno entre las BASES COMPLEMENTARIAS (A-T Y C-G). En el ARN, pueden formarse hélices simple y dobleces. o Estructura terciaria, es la estructura tridimensional completa de una molécula de ADN o ARN, formada por el plegamiento adicional de la estructura secundaria.  Bioquímica 4.2. Funciones Almacenamiento de Información genética (ADN) Este nucleótido almacena la información genética para el desarrollo, funcionamiento y reproducción de nuestro cuerpo, cada célula de un organismo contiene el mismo ADN. Transmisión de Información Genética (ADN) En la replicación del ADN, la información genética se copia para ser transmitida a las células hijas durante la división celular. Síntesis de Proteínas (ARN) El ARN es esencial en la síntesis de proteínas a través de sus tres tipos específicos: Regulación Génica (ARN) Algunos tipos de ARN, como los microARN y los ARN largos no codificantes, regulan la expresión de genes. 4.3. Replicación, Transcripción, Traducción y Síntesis de proteínas.  Bioquímica Las enzimas son proteínas catalizadoras que aceleran las reacciones químicas en los seres vivos. Además, la bioquímica clínica es la aplicación de la ciencia de las enzimas al diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Las enzimas actúan sobre moléculas llamadas SUSTRATOS y generan otras, PRODUCTOS. PROPIEDADES DE LAS ENZIMAS. 1.- Casi todas son proteínas, excepto las ribozimas. 2.- Aceleran las reacciones químicas. 3.- Sensibles al cambio de Tª y del pH del medio. 4.- Específicas, tanto del sustrato como del tipo de reacción que catalizan. 5.- Actividad muy controlada. 6.- Algunas enzimas necesitan COFACTOR o COENZIMA. A estas se les denomina HOLOENZIMAS y a la parte proteica, APOENZIMA. CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES ENZIMÁTICAS En una reacción catalizada por una enzima: - Actúan en unos reactivos llamados SUSTRATOS (S). - La enzima se une al sustrato, formando el complejo ENZIMA-SUSTRATO (ES), esta unión se llama CENTRO ACTIVO. - El Centro Activo determina la especificidad de la enzima y la región donde se fija el sustrato, los grupos R de los aa interaccionan con el sustrato. - Se forma el producto, la enzima sale indemne y comienza un nuevo ciclo catalítico. Modelo Fisher o Llave-cerradura: EL sustrato y el centro activo SON COMPLEMENTARIAS. Modelo válido en muchos casos, pero no siempre es correcto.  Bioquímica Modelo de Koshland o encaje inducido: El centro activo adopta la conformación idónea al unirse al sustrato, forma complementaria una vez unido. La unión de sustrato al centro activo crea un cambio conformacional de la enzima que da lugar a la formación del producto. Una vez se completa la reacción, vuelve a su forma original. Clasificación fisiológica de las enzimas. Especificidad: Son especificas en cuanto a las reacciones que catabolizan y los sustratos con los que interactúan. Catalización: Aumentan la velocidad de las reacciones químicas sin ser consumidas en el proceso. Disminuyen la energía de activación necesaria para la reacción. Regulación: Reguladas por diversos factores, incluyendo cambios en la concentración de sustratos, productos, inhibidores y activadores. Según Schmidt, se pueden clasificar en: Enzimas de secreción, que ejercen su actividad fuera de las células que las originaron. Se ubican aquellas que actúan en el plasma y en el tracto digestivo Enzimas celulares, se ubican en los distintos componentes celulares. Por otro lado, Buecher sugiere una agrupación en: Enzimas plasmoespecíficas, componentes funcionales de la sangre y por lo común están en un nivel de actividad superior al de los tejidos. Se mantiene constante por secreción activa de uno o más órganos (intervienen en el mecanismo de la coagulación sanguínea), función específicamente en el plasma. Son de síntesis hepática. Su valor clínico está dado por la disminución de su actividad en plasma.  Bioquímica Ejemplo: Colinesterasa, factores de la coagulación, proteínas relacionadas al sistema fibrinolítico. Enzimas no plasmoespecíficas, no desempeñan función en el plasma. Su función es a nivel intracelular o tracto gastrointestinal, en el plasma se desconoce su función. Su valor clínico está dado por el aumento de su actividad en plasma, y a través de sus variaciones se intentan conocer localización y naturaleza de los cambios patológicos de los tejidos en el organismo. Ejemplo: Aspartato aminotransferasa; Aldolasa. o Enzimas secretoras o exocitoenzimas: Provenientes de glándulas exocrinas (páncreas, próstata, mucosa gástrica). No cumplen su función en circulación, pero presentan un nivel de actividad dentro de un rango de referencia. Ejemplo; Amilasa. o Enzimas celulares o endocitoenzimas: dan las bases a la enzimología clínica. Se sintetizan y actúan dentro de la célula. Estas enzimas pueden ser: ▪ Ubicuas, ampliamente distribuidas en todos los tejidos (Láctico deshidrogenasa) ▪ Órgano-específicas, actúan en procesos metabólicos altamente específicos y es por lo que se encuentran en determinados órganos. Se pueden encontrar en la membrana citoplasmática, citoplasma, orgánulos citoplasmáticos. Nomenclatura y clases de enzimas. Clase 1: Oxidorreductasas. Catalizan reacciones de oxidorreducción, es decir, transferencia de hidrógeno (H) o electrones (e-) de un sustrato a otro. Importante en el metabolismo celular, el SDH interviene en el ciclo de Krebs. Clase 2: Transferasas. Catalizan la transferencia de un grupo químico (distinto del hidrógeno) de un sustrato a otro. Etapa importante en la glucólisis, con la transferencia del grupo fosfato a la glucosa por medio de la hexoquinasa Clase 3: Hidrolasas Catalizan las reacciones de hidrólisis. Etapa de la glucólisis en la que el agua interviene en la reacción formando el fosfoenolpiruvato a partir de 2-fosfoglicerato Clase 4: Liasas Catalizan reacciones de ruptura o soldadura de sustratos. Por ejemplo, la transformación de piruvato en acetaldehído, por medio del piruvato descarboxilasa con formación de CO2, importante en la glucólisis y la fermentación del etanol.  Bioquímica Clase 5: Isomerasas Catalizan la Interconversión de isómeros. Etapa de la glucólisis en la que se produce la transformación de la glucosa 6-fosfato en fructosa 6- fosfato por simple isomerización. Clase 6: Ligasas Catalizan la unión de dos sustratos con hidrólisis simultánea de un nucleótido trifosfato (ATP, GTP, etc.). Ejemplo: transformación del piruvato en oxalacetato por unión con el CO2 con gasto de ATP catalizado por la piruvato carboxilasa. pH ÓPTIMO DE UNA ENZIMA o Ligeros cambios de pH del medio provocan desnaturalización de la estructura tridimensional, alterando la actividad funcional. o La mayoría tienen un pH óptimo, en la cual muestra su actividad máxima. o Por encima o por debajo de su pH óptimo, su actividad puede disminuir. o Este pH óptimo no tiene que coincidir con el pH del entorno intracelular, por lo que un cambio de pH del medio puede ser una forma de regular su actividad intracelular. Tª ÓPTIMO DE UNA ENZIMA o Tª óptima, es aquella en la que su actividad catalítica es máxima. o En general, un aumento de Tª acelera las reacciones. o Al superar altas Tª (50-60ºC), se desnaturalizan y dejan de funcionar.  Bioquímica INHIBICIÓN ENZIMÁTICA Proceso que detiene o disminuye la actividad de una enzima, son moléculas naturales, toxinas específicas, iones o fármacos. Inhibición Reversible Inhibición Irreversible - El inhibidor se une a la - El inhibidor se une fuertemente a enzima por enlaces NO la enzima, el tiempo de covalentes. disociación es muy largo o no se - Rápida disociación del produce la disociación. complejo enzima-inhibidor. - El inhibidor resulta muy difícil de - Transitoria eliminar. Reversible Competitiva: - El inhibidor (I) se une de forma transitoria al centro activo de la enzima (E). - En inhibidor posee estructura similar al sustrato (S). - Se puede superar aumentando la concentración del sustrato. Reversible NO Competitiva: - En inhibidor se une a un sitio distinto del centro activo, no compite con el sustrato. - El inhibidor no impide la unión del S al centro activo del E, pero reduce su acción catalítica. - NO se puede superar aumentando la concentración del sustrato, pero se puede eliminas el inhibidor. Reversible Acompetitiva: - En inhibidor se une al complejo E-S (no compite por el centro activo), forma un complejo estable ESI que impide la formación de producto. - Disminuye la eficacia de la enzima.  Bioquímica Vitaminas Son compuestos orgánicos que se necesitan en pequeñas cantidades, pero esenciales para el correcto funcionamiento del cuerpo humano. Liposolubles: solubles en disolventes orgánicos apolares, por lo que son insolubles en agua (Vit A, D, E, y K). Hidrosolubles: Solubles en agua. No se almacenan en el cuerpo y hay 9 vitaminas (Vit C y todas las B). Vitamina A (Retinol), funciona como una hormona y como pigmento visual de los ojos de los vertebrados. Actúa a través de proteínas receptoras en el núcleo celular el ácido retinoico, regula la expresión génica en el desarrollo del tejido epitelial, la piel incluida. o Vitamina A=Retinol o Antixeroftálmica − Antioxidante, eliminando radical libres y protege DNA. − Protección y mantenimiento de tejidos epiteliales. − Salud de la visión y sistema inmunológico. Vitamina D (D2 ergocalciferol; D3 colecalciferol). o Ayuda a absorber calcio. Calcio principal constructor de huesos, la deficiencia de vitamina D puede provocar afecciones de los huesos, como osteoporosis y raquitismo. o Papel en los nervios, músculos y sistema inmunitario. − Sus músculos la necesitan para moverse. − Sus nervios la necesitan para llevar mensajes entre su cerebro y su cuerpo. − Su sistema inmunitario necesita vitamina D para comba􏰀r bacterias y virus. Vitamina D3 Vitamina D2 Producto comercial formado por la irradiación UV del ergosterol de la levadura. Ambas tienen los mismos efectos biológicos. La vitamina D2 se añade habitualmente a la leche y a la mantequilla como suplemento dietético.  Bioquímica Vitamina E (“tocoferoles”), Quinonas lipídicas y son cofactores de oxidación- reducción. grupo de lípidos estrechamente relacionados denominados tocoferoles que contienen un anillo aromático sustituido y una cadena lateral isoprenoide larga. Dado que son hidrofóbicos, los tocoferoles se asocian con las membranas celulares, los depósitos lipídicos y las lipoproteínas de la sangre. Los tocoferoles son antioxidantes biológicos. Los tocoferoles se encuentran en los huevos y aceites vegetales, siendo especialmente abundantes en el germen de trigo. Vitamina K (“tocoferoles”). Quinonas lipídicas y son cofactores de oxidación- reducción. La vitamina K, interviene en los procesos de coagulación. La deficiencia de vitamina K es muy rara en humanos, aparte de un pequeño porcentaje de lactantes que padecen la enfermedad hemorrágica del recién nacido, un trastorno potencialmente fatal. Vitamina C (ácido L-ascórbico). La vitamina C se necesita para el crecimiento y reparación de tejidos en todas las partes del cuerpo. Se utiliza para: − Formar una proteína importante llamada colágeno, utilizada para producir la piel, los tendones, los ligamentos y los vasos sanguíneos. − Sanar heridas y formar tejido cicatricial. − Reparar y mantener el cartílago, los huesos y los dientes. − Ayudar a la absorción del hierro. Los antioxidantes son nutrientes que bloquean parte del daño causado por los radicales libres. 1. Los radicales libres se producen cuando el cuerpo descompone el alimento o cuando usted está expuesto al humo del tabaco o a la radiación. 2. La acumulación de radicales libres con el tiempo es ampliamente responsable del proceso de envejecimiento. 3. Los radicales libres pueden jugar un papel en el cáncer, la enfermedad del corazón y los trastornos como la artritis. El cuerpo no puede producir la vitamina C por sí solo, ni tampoco la almacena. Por lo tanto, es importante incluir muchos alimentos que contengan esta vitamina en la dieta diaria.  Bioquímica Vitamina B. Las vitaminas B ayudan al proceso de obtención de energía a partir de la comida. También ayudan a formar glóbulos rojos. B1 (tiamina), ayuda a algunas enzimas a funcionar correctamente, ayuda a descomponer los azúcares de los alimentos y mantiene los nervios y el corazón saludables. B2 (riboflavina), vitamina importante para el crecimiento, desarrollo y funcionamiento de las células del cuerpo. Ayuda a convertir los alimentos consumidos en energía. B3 (niacina), actúa en el metabolismo celular formando parte de la coenzima NAD y NADP. Estructura molecular ribosada. B5 (ácido pantoténico), vitamina esencial en la formación de coenzima A (CoA) que se requiere en el ciclo de Krebs y es muy importante en el metabolismo de carbohidratos, proteínas y grasas B6, es importante para el desarrollo cerebral normal y para mantener saludable el sistema nervioso e inmunitario B7 y B8 (biotina), es una parte importante de las enzimas que descomponen sustancias grasas, carbohidratos y purinas B12, importante para el metabolismo de proteínas. Ayuda a la formación de glóbulos rojos y mantenimiento del sistema nervioso. B9 (ácido fólico), el folato o ácido fólico es necesario para la producción de glóbulos rojos y para la síntesis de ADN B4 (colina), no es considerada dentro del complejo de vitaminas B, pero se trata de un nutriente esencial. 1. Coenzimas Moléculas orgánicas no proteicas que se unen a las enzimas y son esenciales para la actividad enzimática. Actúan como transportadores de grupos químicos entre enzimas. A menudo, las coenzimas se derivan de vitaminas y son cruciales para numerosas reacciones bioquímicas en el cuerpo. Intervienen en el metabolismo energético, reacciones enzimáticas y en el mantenimiento de la salud. − Coenzima A (CoA) o Funciones: Participa en el metabolismo de ácidos grasos, el ciclo de Krebs y la síntesis de acetilcolina. o Derivada de: Ácido pantoténico (vitamina B5).  Bioquímica − Nicotinamida Adenina Dinucleótido (NAD+) o Funciones: Actúa en reacciones de óxido-reducción, esencial en la respiración celular. o Derivada de: Niacina (vitamina B3). − Nicotinamida Adenina Dinucleótido Fosfato (NADP+) o Funciones: Participa en reacciones anabólicas como la síntesis de ácidos grasos y colesterol. o Derivada de: Niacina (vitamina B3). − Flavina Adenina Dinucleótido (FAD) o Funciones: Actúa en reacciones de óxido-reducción, importante en la cadena de transporte de electrones. o Derivada de: Riboflavina (vitamina B2). − Piridoxal Fosfato (PLP) o Funciones: Involucrada en el metabolismo de aminoácidos y la síntesis de neurotransmisores. o Derivada de: Piridoxina (vitamina B6). − Tiamina Pirofosfato (TPP) o Funciones: Participa en la descarboxilación de ácidos alfa-ceto y en la vía de las pentosas fosfato. o Derivada de: Tiamina (vitamina B1). − Biocitina o Funciones: Involucrada en la carboxilación de compuestos orgánicos, crucial en la gluconeogénesis y la síntesis de ácidos grasos. o Derivada de: Biotina (vitamina B7). − Tetrahidrofolato (THF) o Funciones: Importante en la transferencia de grupos de un carbono en la síntesis de nucleótidos y aminoácidos. o Derivada de: Ácido fólico (vitamina B9). − Cobalamina (Coenzima B12) o Funciones: Participa en la síntesis de ADN y en el metabolismo de ácidos grasos y aminoácidos. o Derivada de: Cobalamina (vitamina B12).  Bioquímica Los nucleótidos son los constituyentes de los ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), la estructura de todas las proteínas, y en último término de todas las biomoléculas y de cada uno de los componentes celulares. Tienen la capacidad de almacenar y transmitir información genética sobre la naturaleza química de una generación a la siguiente es el requisito básico de la vida. 1.NUCLEÓTIDOS Un segmento de ADN que contenga la información necesaria para la síntesis de un producto biológico funcional, proteína o ARN, recibe el nombre de gen. Las únicas funciones conocidas del ADN son el almacenamiento y la transmisión de la información biológica. En la célula podemos encontrar tres clases de ARN con diferentes funciones: Los ARN ribosómicos (ARNr) son componentes de los ribosomas, complejos que llevan a cabo la síntesis de proteínas. Los ARN mensajeros (ARNm) actúan de intermediarios, transportando la información desde un gen o unos pocos genes hasta el ribosoma, donde se sintetizan las proteínas. Los ARN de transferencia (ARNt) son moléculas adaptadoras que traducen con fidelidad la información contenida en el RNAm a secuencias específicas de aminoácidos. Nucleósido, es la misma molécula (nucleótido) pero sin el grupo fosfato:  Bioquímica 2. Base nitrogenada Compuestos orgánicos cíclicos, tanto el ADN como el ARN contienen dos bases púricas principales, la adenina (A) y la guanina (G), y dos pirimidínicas principales. · Bases purínicas (=púricas) Se tratan de las bases nitrogenadas Adenina (A) y Guanina (G), dos anillos fusionados, uno de seis átomos y el otro de cinco átomos. · Bases pirimídica (=pirimidínicas) Se tratan de las bases nitrogenadas Citosina (C), Timina (T) y Uracilo (U), similar al benceno dos átomos de nitrógeno que sustituyen al carbono en las posiciones 1 y 3. 3. Pentosa Los ácidos nucleicos contienen dos tipos de pentosas. Los desoxirribonucleótidos del ADN contienen 2'-desoxi-D-ribosa, y los ribonucleótidos del ARN contienen D-ribosa. ARN ADN 4.Fosfato Ambas pentosas se unen a un grupo fosfato y es a través de este grupo como los nucleótidos se unen entre sí mediante la unión 3´de un nucleótido al 5´del siguiente por una unión fosfodiéster.  Bioquímica 5.Unión de Nucleótidos Los nucleótidos, tanto del ADN como de ARN están unidos mediante “puentes” de grupos fosfatos, en el cual se une el grupo hidroxilo en 5´al grupo hidroxilo 3´del siguiente nucleótido. A nivel estructural, el fosfato y la pentosa se ubican al extremo de la cadena, mientras que las bases se pueden considerar grupo lateral, en la doble hélice, ambas cadenas se unen por las bases nitrogenadas. Los esqueletos covalentes del ADN Y ARN son hidrofílicos. Cada cadena lineal de ácido nucleico tiene una polaridad específica y extremos 5’ y 3’ diferenciados El extremo 5' carece de nucleótido en posición 5', mientras que el extremo 3' carece de nucleótido en posición 3'. La orientación 5' a 3' de una cadena de ácido nucleico se refiere a los extremos de la cadena, no a la orientación de los enlaces fosfodiéster individuales que unen los nucleótidos que la forman. Un ácido nucleico de cadena corta se denomina oligonucleótido, específicamente para polímeros de hasta 50 nucleótidos. Los ácidos nucleicos de mayor longitud se denominan polinucleótido. 6.Estructura de los Ácidos Nucleicos Watson y Crick en 1953 descubrimiento de la estructura del ADN. Avery y otros colaboradores descubrieron que el ADN extraído de una cepa virulenta (causante de enfermedad) de la bacteria Streptococcus pneumoniae, inyectado a una cepa no virulenta de la misma bacteria, era capaz de transformar una cepa no virulenta en una forma virulenta. Descubriendo de que el ADN extraído de la cepa virulenta transportaba la información genética de la virulencia. A finales de la década de 1940, Erwin Chargaff y colaboradores, observaron que las cantidades relativas de las cuatro bases de los nucleótidos del ADN variaban según el organismo. A partir de los ADN de un gran número de especies diferentes, Chargaff (Ley de Chargaff) llegó a las siguientes conclusiones: La composición de bases del ADN generalmente varía de una especie a otra. Las muestras de ADN aisladas a partir de tejidos diferentes de la misma especie tienen la misma composición de bases. La composición de bases del ADN de una determinada especie no varía con la edad del organismo, ni con su estado nutricional, ni con las variaciones ambientales.  Bioquímica En todos los ADN celulares, independientemente de la especie, el número de residuos de adenosina es igual al de residuos de timidina (A = T), y el número de residuos de guanosina es igual al número de residuos de citidina (G = C). A partir de estas relaciones se deduce que la suma de los residuos de purina es igual a la suma de los residuos de pirimidina: A + G= T + C. En 1953 James Watson y Francis Crick propusieron el modelo tridimensional para la estructura del ADN enrolladas alrededor del mismo eje, formando una doble hélice dextrógira. Las cadenas hidrofílicas formadas por la desoxirribosa y los grupos fosfato alternados se encuentran en el exterior de la doble hélice, en contacto con el agua circundante. Las bases purínicas y pirimidínicas de ambas cadenas están apiladas en el interior de la doble hélice, con sus estructuras en anillo, hidrofóbicas y prácticamente planas, situadas a muy corta distancia unas de otras y en posición perpendicular al eje longitudinal de la hélice. El apareamiento compensado de las dos cadenas da lugar a la formación de un surco mayor y un surco menor en la superficie de la doble hélice. La disposición de las dos cadenas es antiparalela, es decir, sus enlaces 5 ́-3 ́ tienen direcciones opuestas. Las dos cadenas antiparalelas apareadas por bases tienen diferente composición: la cadena de la izquierda tiene una composición A3 T2 G1 C3; y la de la derecha, A2 T3 G3 C1. 5.Información Genética. La información genética la contiene el ADN. El ARN, actúa de intermediario en la conversión de la información codificada del ADN. En los eucariotas, el ADN se encuentra en su mayor parte confinado en el núcleo, mientras que la síntesis de proteínas tiene lugar en los ribosomas del citoplasma. Por tanto, una molécula distinta del ADN debe transportar el mensaje genético necesario para la síntesis de proteínas desde el núcleo hasta el citoplasma. En 1950, el ARN era considerado como el candidato lógico: se encuentra tanto en el núcleo como en el citoplasma y el aumento de la síntesis proteica está acompañado de un aumento de la cantidad de ARN en el citoplasma y de un aumento de su velocidad de recambio. En 1961, Frangois Jacob y Jacques Monod presentaron una teoría unificada (esencialmente correcta). Propusieron el nombre de ARN mensajero (ARNm) para la porción de ARN celular total que traslada la información genética desde el ADN a los ribosomas, donde los mensajeros actúan de molde para especificar las secuencias de aminoácidos de las cadenas polipeptidicas. El proceso de formación del ARNm sobre un molde de ADN se conoce como transcripción. El producto de la transcripción del ADN es siempre un ARN de cadena sencilla.  Bioquímica Esta cadena sencilla de ARN mensajero es helicoidal dextrógira (hélice con giro hacia la derecha). El ARN puede formar pares de bases con regiones complementarias de ARN o de ADN. Las reglas de apareamiento son las mismas que en el ADN: la G se aparea con la C y la A con el U (o con los raros residuos de T de algunos RNA). Una diferencia es que el apareamiento entre residuos de G y U, muy raro en el ADN, es bastante frecuente en el ARN. Las hebras de ARN o de ARN y ADN se aparean de modo antiparalelo, como en el ADN.  Bioquímica El metabolismo es una actividad celular muy coordinada en la que muchos sistemas multienzimáticos (rutas metabólicas) cooperan para: o Obtener energía química a partir de energía solar o degradando nutrientes ricos en energía obtenidos del ambiente. o Convertir moléculas nutrientes en las moléculas características de la propia célula, incluidos los precursores de macromoléculas. o Polimerizar los precursores monoméricos en macromoléculas: proteínas, ácidos nucleicos, y polisacáridos. o Sintetizar y degradar biomoléculas para funciones celulares especializadas, tales como los lípidos de membrana, mensajeros intracelulares y pigmentos. Los organismos vivos se dividen en dos grupos según la forma química en la que obtienen carbono del medio. Los autótrofos (bacterias fotosintéticas, las Los heterótrofos no pueden algas verdes y las plantas) utilizan dióxido de utilizar el dióxido de carbono carbono de la atmósfera como única fuente de atmosférico, obtienen el carbono carbono, a partir de la cual construyen todas sus del ambiente en forma de biomoléculas carbonadas. Algunos organismos moléculas orgánicas autotróficos, tales como las cianobacterias, relativamente complejas tales pueden utilizar también el nitrógeno atmosférico como la glucosa. para generar todos sus compuestos nitrogenados. El metabolismo (suma de transformaciones químicas producidas en una célula u organismo), tiene lugar en una serie de reacciones catalizadas (degrada) enzimáticamente que constituyen las rutas metabólicas. Las rutas metabólicas dan como resultados cambios como: eliminación, transferencia o adición de un átomo o grupo funcional. El precursor se convierte en producto a través de una serie de intermediarios, metabolitos. El cuerpo elabora o usa metabolitos para descomponer los alimentos, medicamentos o sustancias químicas; o hasta su propio tejido. Un metabolito es cualquier molécula utilizada, capaz o producida durante el metabolismo. Así, dada la ruta metabólica: A, B, C, D, E son los metabolitos; el primer metabolito de la ruta suele denominarse sustrato; el último, metabolito final o producto, y el resto, metabolitos intermediarios.  Bioquímica Estudio cuantitativo de las transducciones de energía, cambios de forma de energía en otra, en las células vivas y de la naturaleza y función de los procesos químicos sobre estas transducciones. Los organismos mantienen y producen orden, aparentemente inconscientes de la segunda ley de la termodinámica. Pero los organismos vivos no violan la segunda ley, sino que operan estrictamente dentro de ella. La energía libre de Gibbs, G, expresa la cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante una reacción a temperatura y presión constantes. Reacción exergónica: ΔG negativo, pierde energía libre. Reacción endergónica: ΔG positivo, gana energía libre. ΔG es grande y negativa, la reacción tiende a discurrir en el sentido directo. ΔG es grande y positiva, la reacción tiende a ir en la dirección opuesta ΔG = O, el sistema se encuentra en equilibrio. La entalpia, H, contenido calórico del sistema de reacción. Refleja el número y la clase de enlaces químicos en los reactivos y los productos. o Exotérmica: Libera calor, ΔH valor negativo. o Endotérmica: Adquiere calor, ΔH es positivo. La entropía, S, expresión cuantitativa de la aleatoriedad o del desorden de un sistema. Cuando los productos de la rección son menos complejos y más desordenados que los reactivos, la reacción transcurre con ganancia de entropía. Ecuación de relación cuantitativa de las tres variables: Constante de equilibrio Energía libre estándar, ΔGº: Es la fuerza propulsora en condiciones estándar, 298k (25ºC), los reactivos y productos se encuentran inicialmente en concentraciones 1M o 1 atm para los gases. De la misma manera que es una constante física característica de cada reacción, también AG'0 es una constante, existe una relación sencilla entre K´eq y ΔG'0. Cada reacción química tiene una variación de energía libre estándar característica, que puede ser positiva, negativa o cero, según sea la constante de equilibrio de la reacción. La variación de energía libre estándar AG'0, indica la dirección y hasta qué punto debe transcurrir la reacción para alcanzar el equilibrio, en condiciones estándares. La variación de energía libre real, ΔG, depende de ΔG'0 y de las concentraciones de reactivos y productos:  Bioquímica Leyes de la termodinámica Las transformaciones de energía biológicas obedecen las leyes de la termodinámica. o LEY CERO: Equilibrio térmico. Igualdad de temperatura, de forma que no haya diferencia de calor. Si dos objetos están en equilibrio y uno de ellos está en equilibrio con otro, significa que los tres estarán en equilibrio térmico. o PRIMERA LEY: Conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye, se transforma. o SEGUNDA LEY: Entropía. No es posible convertir toda la E en trabajo. Representa la inevitable pérdida de la capacidad de convertir calor en trabajo, por lo tanto, el desorden o aleatoriedad del sistema. La entropía del universo siempre aumenta durante todos los procesos químicos y físicos, pero no requiere que el crecimiento de entropía tenga lugar en el propio sistema de reacción. o TERCERA LEY: El cero absoluto. Es imposible bajar la temperatura de un sistema a cero absoluto. Solo es teórico. Mecanismo de acción hormonal La coordinación del metabolismo en los mamíferos corre a cargo del sistema neuroendocrino. Las hormonas tienen una especificidad que depende de la complementariedad estructural entre la hormona y su receptor, cuyo encuentro puede ser: - Extracelular - Citosólico - Nuclear Tipos de hormonas según su transporte o Hormonas endocrinas se liberan a la sangre y se transportan hasta las células diana a través del organismo (por ejemplo, la insulina y el glucagón). o Hormonas paracrinas se liberan en el espacio extracelular y difunden hacia las células diana vecinas (las hormonas icosanoides). o Hormonas autocrinas afectan a la misma célula que las libera, uniéndose a receptores de la superficie celular.  Bioquímica Hormonas peptídicas 3-200 aminoácidos, incluyen las hormonas pancreáticas insulina, glucagón y somatostatina, la hormona paratiroidea calcitonina y todas las hormonas del hipotálamo y la hipófisis. Estas hormonas se sintetizan en los ribosomas como proteínas precursoras más largas (prohormonas), se empaquetan en vesículas secretoras y se escinden por proteólisis para formar los péptidos activos. Las proteínas prohormonas dan lugar a una sola hormona peptídica, pero a menudo se obtienen varias hormonas activas a partir de la misma prohormona. Todas las hormonas peptídicas actúan mediante la unión a receptores de la membrana plasmática. - Insulina, proteína globular, aminoácidos no polares en el centro formando un núcleo hidrofóbico y los aminoácidos polares y cargados en torno a éste. Hormonas catecolaminas sintetizadas en el cerebro y otros tejidos nerviosos actúan como neurotransmisores, pero la adrenalina y la noradrenalina también se sintetizan y secretan como hormonas por las glándulas suprarrenales. Se encuentran muy concentradas en el interior de vesículas de secreción, se liberan por exocitosis y actúan a través de receptores de superficie para generar segundos mensajeros. Respuesta a estrés agudo. - Adrenalina (epinefrina), hormona y neurotransmisor, secretada por las glándulas suprarrenales para reaccionar rápidamente en situaciones de peligro que nos exigen estar alerta y activos. Aumenta ritmo cardíaco e implica mayor aporte de oxígeno a los músculos. - Noradrenalina (norepinefrina) Hormonas icosanoides Ácido graso poliinsaturado de 20 carbonos, no se sintetizan con antelación ni se almacenan; se producen cuando se necesitan a partir del araquidonato, liberado enzimáticamente de los fosfolípidos de la membrana por la fosfolipasa A2. Las hormonas icosanoides son hormonas paracrinas secretadas en el fluido intersticial (sin preferencia por la sangre) y actúan sobre las células vecinas. o Leucotrienos o Tromboxanos o PROSTAGLANDINAS, conjunto de sustancias que pertenecen a los icosanoides, deriva de la glándula prostática Actúan como hormonas autocrinas y paracrinas, siendo destruida en los pulmones. Funciones: - Respuesta inflamatoria, vasodilatación, aumento de la permeabilidad de los tejidos permitiendo el paso de los leucocitos. - Contracción de la musculatura lisa. - Regulación de la temperatura corporal.  Bioquímica Hormonas esteroideas Se sintetizan a partir del colesterol en varios tejidos endocrinos. Son transportadas hasta sus células diana a través del torrente circulatorio, unidas a proteínas transportadoras. - Los glucocorticoides (tales como el cortisol) afectan principalmente el metabolismo de los glúcidos. - Los mineralocorticoides (tales como la aldosterona) regulan las concentraciones de electrolitos en la sangre. Ejemplos de estas hormonas son: o Sexuales o Adrenocorticales. CORTISOL: Hormona principal del estrés, aumenta la glucosa en sangre. Su liberación está controlada por el hipotálamo, en respuesta al estrés o a un nivel bajo de glucosa en sangre. Hormonas de la vitamina D Calcitriol, se obtiene a partir de la vitamina D, por reacciones de hidroxilación enzimáticas en el hígado y los riñones. La vitamina D se obtiene de la dieta o por fotolisis, a través de la exposición de la piel al sol. Hormonas retinoides Regulan el crecimiento, la supervivencia y la diferenciación celular mediante los receptores nucleares de los retinoides. se sintetiza principalmente en el hígado a partir del β-caroteno, y muchos tejidos convierten el retinol en la hormona ácido retinoico (RA). - Ácido retinoico (RA), regula la síntesis de proteínas esenciales para el crecimiento y la diferenciación. El exceso de vitamina A puede producir malformaciones congénitas. Hormonas tiroideas T4 (tiroxina) y T3 (triyodotironina) se sintetizan a partir de la proteína precursora tiroglobulina. Se yodan en la glándula tiroides. Actúan a través de receptores nucleares que estimulan el metabolismo energético, especialmente en el hígado y el músculo. Óxido nítrico (NO) Es un radical libre. Actúa cerca de su lugar de liberación, penetra en la célula diana y activa el enzima citosólico guanilil ciclasa, que cataliza la formación del segundo mensajero GMPc.  Bioquímica Las proteínas son esenciales para la estructura, función y regulación de los tejidos y órganos del cuerpo humano. Están formadas por aminoácidos (aa), hay 20 aa diferentes. Cada uno de estos 20 aa, tienen una cadena lateral (R) distinta. Todos los aa contienen un grupo carboxilo (ácido) (-COOH) y un grupo amino (-NH2).  Bioquímica Las proteínas son polímeros de aminoácidos, unidos por enlace covalentes, ENLACE PEPTÍDICO, en esta unión se PIERDE una molécula de AGUA. En el aminoácido, el carbono (C) que está unido al grupo carboxilo (-COOH) se le llama C. Cuando el grupo amino (-NH2) está unido a este C, se le llama -aminoácido. Todos los aminoácidos de las proteínas humanas son de este tipo (el -COOH y el -NH2, se unen a un mismo C). El C del grupo carboxilo será el C1 y el C sería el C2. Los aminoácidos se diferencian por su cadena lateral (R), varían en estructura, tamaño y carga eléctrica, influyendo en su solubilidad en agua. Clasificación de Aminoácidos Se clasifican según su polaridad o por su tendencia a interaccionar con el agua:  Bioquímica 1.- Grupos R apolares alifáticos. - Su cadena lateral (R), tienden a agruparse entre sí en las proteínas, mediante interacciones hidrofóbicas (repelan el agua). - Alifático, cadena lateral que contiene cadena de carbono con estructura abierta (lineales o ramificadas). Sus aminoácidos son: GLICINA – ALANINA – PROLINA – VALINA – LEUCINA – ISOLEUCINA – METIONINA. La GLICINA es la estructura más simple, es apolar, no contribuye a las interacciones hidrofóbicas. 2.- Grupos R polares, sin carga. - Sus R son polares y más solubles en agua. - Contienen grupos funcionales que forman puentes de hidrogeno, con el agua. Sus aminoácidos son: SERINA – TREONINA – CISTEÍNA – ASPARAGINA – GLUTAMINA - La polaridad de la SERINA y TREONINA proviene de sus grupos hidroxilos. - La polaridad de ASPARAGINA y GLUTAMINA proviene del grupo amido. - La cisteína tiene como principal característica formar PUENTES DISULFURO (-S-S-), entre dos Cys, produciendo Cistina. 3.- Grupo R apolares aromáticos. - Por sus cadenas aromáticas son RELATIVAMENTE APOLARES (hidrofóbicas). Sus aminoácidos son: FENILALANINA – TIROSINA – TRIPTÓFANO - Por el contrario, TIROSINA y TRIPTÓFANO, son más polares que FENILALANINA. 4.- Grupo R cargados positivamente (pH básico) Sus aminoácidos son: LISINA – ARGININA - HISTIDINA - La HISTIDINA contiene un grupo imidazol, por el cual puede estar cargada positivamente o no tener cargar y ser neutra. - Los residuos de Histidina pueden dar o recibir protones, por lo que facilitan muchas reacciones catalizadoras.  Bioquímica 5.- Grupo R cargados negativamente (pH ácido) Sus aminoácidos son: ASPARTATO – GLUTAMATO. - R cargados negativamente. - Son POLARES, tienen un 2ºgrupo carboxilo (-COOH) en su cadena lateral (R) y este tiene carga negativa. PROPIEDADES DE LOS AMINOÁCIDOS o Son ANFÓTEROS, pueden ceder y captar protones. Si el medio es muy BÁSICO los aa tienen carga NEGATIVA, si es un aa muy ÁCIDO será POSITIVO. ▪ pH7 (alcalino – básico), los aminos no están disociados -NH2, por lo que hay MAYOR carga NEGATIVA -COOH en la proteína = CARGA NETA NEGATIVA. Enlace Peptídico Unión de dos aa de forma covalente, en la unión se PIERDE una molécula de AGUA (deshidratación). Esta formación del enlace es una REACCIÓN DE CONDENSACIÓN. Unión de pocos aa: OLIGOPÉPTIDO Unión de muchos aa: POLIPÉPTIDO Proteína, si tienen masas moleculares superiores Estructura y niveles de organización Estructura PRIMARIA Secuencia lineal, los aa se unen por enlaces PEPTÍDICOS. Contienen RESONANCIA, el oxígeno carbonílico y el nitrógeno amida compartían dos pares de electrones, por esto el enlace C-N tiene carácter parcial de doble enlace. Es un enlace más fuerte y corto. NO PUEDE GIRAR LIBREMENTE.  Bioquímica Estructura SECUNDARIA La secuencia de aa interactúan por enlaces de hidrógenos. La cadena se plega en ALFA HÉLICE y en LÁMINAS BETA. Estabilizada por un en lace de hidrógeno. Estructura TERCIARIA Establece otros tipos de enlaces entre aa que componen las HÉLICES ALFA y las HOJAS BETA PLEGADA. Estructura CUATERNARIA Combinación de dos o más cadenas polipeptídicas en una sola proteína funcional FUNCIONES DE LAS ROTEÍNAS 1.- Estructural, forma parte de células y tejidos (COLÁGENO, QUERATINA) 2.- Enzimática. 3.- Transporte. HEMOGLOBINA, transporta oxígeno. 4.- Movimiento. Proteínas responsables de la contracción muscular (ACTINA y MIOSINA). 5.- Defensa. INMUNOGLOBULINAS. 6.- Regulación. INSULINA. 7.- Almacenamiento. Ferritina que almacena hierro. Tipos de Proteínas FIBROSAS GLOBULARE MEMBRANA S Insolubles en agua, función Solubles en agua, función Integradas en la estructural (Colágeno, metabólica y reguladora (Encimas, membrana celular, actúan queratina y elastina). anticuerpos y algunas hormonas). como receptores, canales Cadena polipeptídica en Cadena polipeptídica plegada en y transportadores. largas hebras y hojas. formas globulares.  Bioquímica El ser humano necesita energía para: Mantener Homeostasis Transportar sustancias en contra gradiente Transmisiones de impulsos nerviosos Funciones celulares: División celular, Sintetizar macromoléculas para el crecimiento, contracción muscular, movimiento… reparación y renovación celular Metabolismo, conjunto de transformaciones que sufren las sustancias en el organismo o en una célula. Las rutas metabólicas permiten obtener energía y utilizarla para funciones vitales. Es una actividad muy controlada, coordinada y dirigida en la que participan sistemas enzimáticos, para así cumplir funciones como: 1. Obtener energía química a partir de la degradación de nutrientes 2. Convertir nutrientes en moléculas características de la propia célula 3. Polimerizar precursores monoméricos para formar macromoléculas 4. Sintetizar y degradar biomoléculas requeridas en funciones celulares especializadas. Cada paso de las rutas metabólicas genera un cambio especifico, eliminación, transferencia, (mover un grupo funcional o átomo) o adicción de un átomo o grupo funcional. El precursor (molécula inicial donde empieza la ruta metabólica) se convierte en producto (molécula final que se obtiene de la ruta metabólica) a través de una serie de intermediarios metabólicos o metabolitos (moléculas intermedias que se forman durante las distintas reacciones en la ruta metabólica). MOLÉCULA TRANSPORTADORA DE ENERGÍA. ATP ATP (Adenosín Trifosfato). Es la moneda de cambio, almacena y trasfiere energía dentro de la célula. - Formada por adenosina (adenina y ribosa) y tres grupos fosfatos unidos. - La energía liberada en las reacciones exergónicas se utiliza para sintetizar ATP a partir de ADP y Pi (fosfato). - Se degrada donde se producen las reacciones endergónicas que aprovechan la energía liberada. - Ciclo ATP-ADP, forma fundamental de intercambio energético en la célula:  Bioquímica - El ATP se forma durante reacciones catabólicas y se utiliza en procesos anabólicos como síntesis de moléculas, contracción muscular, transporte activo de sustancias a través de membranas celulares. PROCESOS METABÓLICOS La síntesis (anabolismo) y la degradación (catabolismo) no son procesos simultáneos. Catabolismo Anabolismo Degradación de moléculas complejas Síntesis de moléculas a moléculas simples. Ej: Glúcido a simples a moléculas más Oxígeno. grandes. Liberan ATP y forma transportadores Consume ATP. electrónicos reducidos (NADH, NADPH Y FADH2) CATABOLISMO Rutas catabólicas convergentes, DEGRADAN y OXIDAN compuestos orgánicos, pasan de moléculas complejas a moléculas más simples o productos comunes, como el Acetil CoA. Son rutas exergónicas, PRODUCEN ATP (energía). Al oxidarse la molécula, PIERDEN ELECTRONES, LIBERA energía.  Bioquímica Respiración Celular Cadena transportadora Glucólisis Ciclo de Krebs Fosforilación oxidativa de electrones Ocurre en el Ocurre en la Ocurre en las crestas citoplasma matriz mitocondriales de la célula mitocondrial  Bioquímica Rutas Lineales: Reacciones de manera secuencial y en una única dirección (Glucólisis. De GLU-PIRUV). Rutas Ramificadas: A partir de un precursor único, genera varios productos terminales o varios precursores iniciales forman un único producto. Las rutas de síntesis y degradación de un compuesto tengan lugar en compartimentos celulares diferentes. la degradación de ácidos grasos tiene lugar en la mitocondria y la síntesis en el citosol. La transferencia de electrones se produce a través de intermediarios transportadores que son coenzimas. Su forma reducida lleva electrones a la cadena respiratoria que los traslada sintetizando ATP. Catabolismo. Hidratos de Carbono. Oxidación de la glucosa. La reacción global a partir de glucosa es la obtención de energía + CO2 + H2O. Dos rutas de degradación de glucosa: 1.- GLUCÓLISIS → Ruta central de degradación de glucosa. Primera etapa de la respiración celular, principal vía para obtener energía de este nutriente. Ocurre en el citoplasma. Da lugar a 2 Piruvatos, luego la energía libre se convierte en ATP y por último, el piruvato sigue diferentes rutas según la disponibilidad de oxígeno. o Cuando hay oxígeno → Se convierte en acetil-CoA y entra en el Ciclo de Krebs. o Cuando no hay oxígeno → Se convierte en lactato (fermentación láctica).  Bioquímica 2.- RUTA DE LAS PENTOSAS FOSFATO. Catabolismo. Ácidos Grasos β- Oxidación de ácidos grasos. Cada ácido graso se fragmenta en forma de Acetil-CoA. Ocurre en el interior de la mitocondria, previamente se produce una activación y entrada de los ácidos grasos en la mitocondria. Catabolismo. Proteínas Ocurre en condiciones excepcionales como un bajo nivel de glucosa o ácidos grasos (ayuno muy prolongado). Eliminación del Grupo Amino Oxidación del esqueleto carbonado Se elimina el grupo amino, los esqueletos Transaminación Desaminación oxidativa carbonados se degradan siguiendo rutas específicas, obteniendo piruvato, acetil coA u otros intermediarios del ciclo de Krebs y o bien se oxidan dando CO2 y H2O o bien sintetizan otras moléculas En la oxidación de los aminoácidos se elimina al grupo amino y se oxida el esqueleto carbonado.  Bioquímica ANABOLISMO Síntesis de grandes moléculas complejas a partir de otras precursoras más pequeñas. Requieren energía (ATP), son endergónicas, no ocurren espontáneamente y son rutas divergentes. CONSUMEN ATP. Ejemplo: Gluconeogénesis, se sintetiza glucosa a partir de precursores no carbohidratos, como aminoácidos, lactato y glicerol.