Primer Parcial Ciclo de Krebs Ciencias Básicas PDF

PRIMER PARCIAL Ciclo de Krebs. Precursor: Acetyl CoA. Sitio: Matriz mitocondrial. Productos: 2 ATP+ 6 NADH + 2 FADH2. El ciclo del ácido cítrico es la vía final común para la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas porque la glucosa, los ácidos grasos y la mayoría de los aminoácidos se metab...

PRIMER PARCIAL Ciclo de Krebs. Precursor: Acetyl CoA. Sitio: Matriz mitocondrial. Productos: 2 ATP+ 6 NADH + 2 FADH2. El ciclo del ácido cítrico es la vía final común para la oxidación de carbohidratos, lípidos y proteínas porque la glucosa, los ácidos grasos y la mayoría de los aminoácidos se metabolizan a acetil-CoA o a intermediarios del ciclo. Este proceso es aeróbico y requiere oxígeno como el oxidante final de las coenzimas reducidas. El veneno fluoroacetato se encuentra en algunas plantas, y su consumo puede ser fatal para los animales que pastan. Algunos compuestos fluorizados utilizados como agentes anticancerígenos y productos químicos industriales (incluidos los plaguicidas) se metabolizan a fluoroacetato. Es tóxico porque la fluoroacetil-CoA se condensa con oxaloacetato para formar fluorocitrato, que inhibe la aconitasa y hace que el citrato se acumule. LAS VITAMINAS DESEMPEÑAN ROLES VITALES EN EL CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO Cuatro de las vitaminas B (véase capítulo 44) son esenciales en el ciclo del ácido cítrico y, por tanto, en el metabolismo productor de energía: 1. La riboflavina, como FAD, es el cofactor para la succinato deshidrogenasa. 2. La niacina, como NAD+, es el receptor de electrones para la isocitrato deshidrogenasa, la alfacetoglutarato deshidrogenasa y la malato deshidrogenasa. 3. La tiamina (vitamina B1 ), como difosfato de tiamina, es la coenzima para la descarboxilación en la reacción de la alfacetoglutarato deshidrogenasa. 4. El ácido pantoténico, como parte de la coenzima A, se esterifica a ácidos carboxílicos para formar acetil-CoA y succinil-CoA. El ciclo de Krebs es anfibólico. ★ La hiperamonemia, como ocurre en la enfermedad hepática avanzada y una serie de (raras) enfermedades genéticas del metabolismo de los aminoácidos, conduce a la pérdida de conciencia, coma y convulsiones, y puede ser fatal. Esto se debe principalmente a la retirada del alfacetoglutarato para formar glutamato (catalizado por la glutamato deshidrogenasa) y glutamina con posterioridad (catalizada por la glutamina sintetasa), lo que conduce a concentraciones reducidas de todos los intermediarios del ciclo de ácido cítrico, y por tanto a la generación reducida de ATP. El equilibrio de la glutamato deshidrogenasa está finamente estabilizado, y la dirección de reacción depende de la proporción NAD+: NADH y de la concentración de iones de amonio. Además, el amoniaco inhibe la alfacetoglutarato deshidrogenasa, y posiblemente también la piruvato deshidrogenasa. Acido-Base. Equilibrio ácido-básico alterado Valores normales del bicarbonato: 24 a 31 mg/dl Valores normales del pCO2: 35 a 45 mg/dl Gluconeogénesis y el control de la glucosa en sangre El hígado y el riñón son los principales tejidos gluconeogénicos; el riñón puede contribuir hasta en un 40% de la síntesis total de glucosa en ayunas y más en la inanición. El fracaso de la gluconeogénesis suele ser fatal. La hipoglucemia causa disfunción cerebral, lo que puede llevar al coma y a la muerte. La gluconeogénesis excesiva ocurre en pacientes críticamente enfermos en respuesta a una lesión e infección, lo que contribuye a la hiperglucemia que se asocia con un mal resultado. La hiperglucemia conduce a cambios en la osmolalidad de los fluidos corporales, alteración del flujo sanguíneo, acidosis intracelular y aumento de la producción de radicales superóxidos (véase capítulo 45), lo que produce una alteración de la función endotelial y del sistema inmunitario y deterioro de la coagulación sanguínea. La gluconeogénesis excesiva también es un factor que contribuye a la hiperglucemia en la diabetes tipo 2 debido a la disminución de la regulación negativa en respuesta a la insulina. El glucagón y la adrenalina, hormonas que responden a una disminución de la glucosa en sangre, inhiben la glucólisis y estimulan la gluconeogénesis en el hígado al aumentar la concentración de cAMP. LA CONCENTRACIÓN SANGUÍNEA DE LA GLUCOSA ESTÁ REGULADA DENTRO DE LÍMITES ESTRECHOS En el estado posabsorción, la concentración de glucosa en sangre se mantiene entre 4.5 y 5.5 mmol/L. Después de la ingestión de una comida con carbohidratos, puede aumentar de 6.5 a 7.2 mmol/L, y en la inanición, puede caer de 3.3 a 3.9 mmol/L. Una disminución repentina de la glucosa en sangre (p. ej., en respuesta a una sobredosis de insulina) causa convulsiones, debido a la dependencia del cerebro de un suministro de glucosa. Gluconeogénesis En la gluconeogénesis, los sustratos como el lactato y el piruvato, que se forman en el citosol, entran en la mitocondria para producir el oxalacetato como un precursor de la síntesis de la glucosa en el citosol. La gluconeogénesis es el proceso de síntesis de la glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos. Los principales sustratos son los aminoácidos glucogénicos, lactato, glicerol y propionato. El hígado y el riñón son los principales tejidos gluconeogénicos; el riñón puede contribuir hasta en un 40% de la síntesis total de glucosa en ayunas y más en la inanición. Las enzimas gluconeogénicas clave se expresan en el intestino delgado, pero no está claro si el intestino produce una cantidad significativa de glucosa en ayunas, aunque el propionato derivado de la fermentación bacteriana intestinal de los carbohidratos es un sustrato para la gluconeogénesis en los enterocitos. La gluconeogénesis elimina el lactato producido por los músculos y los eritrocitos, y el glicerol producido por el tejido adiposo. La gluconeogénesis excesiva ocurre en pacientes críticamente enfermos en respuesta a una lesión e infección, lo que contribuye a la hiperglucemia que se asocia con un mal resultado. La hiperglucemia conduce a cambios en la osmolalidad de los fluidos corporales, alteración del flujo sanguíneo, acidosis intracelular y aumento de la producción de radicales superóxidos, lo que produce una alteración de la función endotelial y del sistema inmunitario y deterioro de la coagulación sanguínea. La glucogénesis involucra la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico, además de algunas reacciones especiales. El glucagón y la adrenalina, hormonas que responden a una disminución de la glucosa en sangre (hipoglicemia), inhiben la glucólisis y estimulan la gluconeogénesis en el hígado al aumentar la concentración de cAMP. La insulina se secreta como una respuesta directa a la hiperglucemia; estimula al hígado a almacenar glucosa como glucógeno y aumenta la absorción de glucosa en los tejidos extrahepáticos. El hígado regula la concentración de glucosa en sangre después de una comida porque tiene alta la glucocinasa Km que promueve el aumento de la utilización hepática de glucosa. En la gluconeogénesis, la piruvato carboxilasa, que cataliza la síntesis de oxaloacetato a partir del piruvato, requiere acetil-CoA como un activador alostérico. Glucosuria: Cuando la concentración de glucosa en sangre aumenta por encima de 10 mmol/L, el riñón también ejerce un efecto regulador (pasivo). La glucosa es filtrada de manera continua por los glomérulos, pero normalmente se reabsorbe de modo completo en los túbulos renales mediante transporte activo. La capacidad del sistema tubular para reabsorber glucosa está limitada a una velocidad de alrededor de 2 mmol/min, y en la hiperglucemia (como ocurre en la diabetes mellitus mal controlada), el filtrado glomerular puede contener más glucosa que la que puede reabsorber, lo que produce glucosuria cuando el umbral renal para la glucosa se excede. Hipoglucemia: Durante el embarazo, el consumo de glucosa fetal aumenta y existe un riesgo de hipoglucemia materna y posiblemente fetal. Además, los bebés prematuros y con bajo peso al nacer son más susceptibles a la hipoglucemia, ya que tienen poco tejido adiposo para proporcionar ácidos grasos no esterificados y algunas enzimas de la gluconeogénesis pueden estar no desarrolladas. Diabetes mellitus tipo 1 o insulonodependiente: Es una alteración en la tolerancia a la glucosa debido a la disminución de la secreción de insulina causada por la destrucción de las células beta del páncreas. Diabetes mellitus tipo 2 o no insulinodependiente: Es una reducción de la sensibilidad de los tejidos a la acción de la insulina. Síndrome metabólico: La resistencia a la insulina asociada con la obesidad (y en especial la obesidad abdominal) que conduce al desarrollo de hiperlipidemia, a continuación, la aterosclerosis y la enfermedad coronaria, así como la diabetes manifiesta. SEGUNDO PARCIAL Tromboxanos Los tromboxanos se sintetizan en las plaquetas y con la liberación provocan vasoconstricción y agregación plaquetaria. Su síntesis es específicamente inhibida por bajas dosis de aspirina. Las prostaciclinas (PGI2) son producidas por las paredes de los vasos sanguíneos y son potentes inhibidores de la agregación plaquetaria. Por tanto, los tromboxanos y las prostaciclinas son antagónicos.Los PG3 y TX3, formados a partir del ácido eicosapentaenoico (EPA), inhiben la liberación de araquidonato a partir de fosfolípidos y la formación de PG2 y TX2. El PGI3 es un antiagregante de plaquetas potente como el PGI2, pero el TXA3 es un agregador más débil que el TXA2, cambiando el equilibrio de actividad y favoreciendo tiempos de coagulación más largos. Tan sólo 1 ng/mL de prostaglandinas plasmáticas causa la contracción del músculo liso de los animales. Glucocorticoides Los glucocorticoides (11-oxiesteroides) son secretados por la corteza suprarrenal, y también se sintetizan de forma no regulada en el tejido adiposo. Actúan para aumentar la gluconeogénesis como resultado del catabolismo hepático potenciado de los aminoácidos, debido a la inducción de aminotransferasas (y otras enzimas como la triptófano dioxigenasa) y las enzimas clave de la gluconeogénesis. Además, los glucocorticoides inhiben la utilización de la glucosa en los tejidos extrahepáticos. En todas estas acciones, los glucocorticoides actúan de forma antagónica a la insulina. Importante La función central de la mitocondria es inmediatamente evidente, ya que actúa como el foco del metabolismo de los carbohidratos, los lípidos y los aminoácidos debido a que contiene las enzimas del ciclo del ácido cítrico , la betaoxidación de los ácidos grasos y la cetogénesis, así como la cadena respiratoria y la ATP sintasa. Lugar donde se produce cada proceso: La glucólisis, la vía de la pentosa fosfato y la síntesis de los ácidos grasos se producen en el citosol. El ciclo del ácido cítrico se produce en las mitocondrias. En la gluconeogénesis, los sustratos como el lactato y el piruvato, que se forman en el citosol, entran en la mitocondria para producir el oxalacetato como un precursor de la síntesis de la glucosa en el citosol. Las membranas del retículo endoplasmático contienen el sistema enzimático para la síntesis del triacilglicerol. Los ribosomas son responsables de la síntesis de las proteínas. Metabolismo de los carbohidratos Las vías anabólicas son endotérmicas y se involucran en la síntesis de compuestos más grandes y más complejos a partir de precursores más pequeños, por ejemplo, la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos y la síntesis de reservas del triacilglicerol y el glucógeno. Las vías catabólicas son exotérmicas y se involucran en la descomposición de las moléculas más grandes, que por lo general provocan reacciones oxidativas. Producen equivalentes reductores y, principalmente, la vía de la cadena respiratoria, el ATP. Las vías anfibólicas se producen en las “encrucijadas” del metabolismo, actuando como enlaces entre las vías anabólicas y las catabólicas, por ejemplo, el ciclo del ácido cítrico. Generalidades La glucosa es el principal combustible de la mayoría de los tejidos. Se metaboliza a piruvato por la vía de la glucólisis. Los tejidos aeróbicos metabolizan el piruvato a acetil-CoA, que puede entrar en el ciclo del ácido cítrico para la oxidación completa a cO2 y a H2O, vinculado a la formación de ATP en el proceso de fosforilación oxidativa. La glucólisis también puede ocurrir anaeróbicamente (en ausencia del oxígeno) y entonces el producto final es el lactato. La gluconeogénesis es el proceso de síntesis de la glucosa a partir de precursores no carbohidratos tales como el lactato, los aminoácidos y el glicerol. Glucólisis Las enfermedades en las que las enzimas de la glucólisis (p. ej., piru­vato cinasa) son deficientes se ven principalmente como anemias hemolíticas, o como fatiga si el defecto afecta el músculo esquelé­tico (p. ej., fosfofructocinasa). En condiciones anaerobias (sin oxígeno, p. ej hipoxia) se produce lactato El NADH no puede ser reoxidado a través de la cadena respiratoria, y el piruvato se re­duce a lactato catalizado por la lactato deshidrogenasa. Esto permi­te la oxidación del NADH, permitiendo que otra molécula de gluco­sa experimente la glucólisis. La glucólisis en los eritrocitos siempre termina en lactato, porque las reacciones posteriores de oxidación de piruvato son mitocondriales y los eri­trocitos carecen de mitocondria. Otros tejidos que normalmente obtienen gran parte de su energía de la glucólisis y producen lacta­to incluyen el cerebro, el tracto gastrointestinal, la médula renal, la retina y la piel. La producción de lactato también se incrementa en el choque séptico, y muchos cánceres también producen lactato En condiciones aeróbicas (con oxígeno) se produce piruvato. El piruvato se transporta a las mitocondrias y mediante descarboxilación oxida­tiva se transforma a acetil­CoA, y luego a CO2 por oxidación en el ciclo del ácido cítrico Regulación de la glucólisis La glucólisis está regulada por tres reacciones irreversibles que son catalizadas por la hexocinasa, fosfofructocinasa y piruvato. Oxidación del piruvato para formar Acetil-CoA El piruvato se transporta a la mitocondria por un simporte de protones. Luego se somete a descarboxilación oxidativa para convertirse en acetil­CoA catalizada por un complejo multienzimático que se asocia con la membrana mitocondrial interna. Este complejo piruvato deshidrogenasa es análogo al complejo componente piruvato α­cetoglutarato­deshidrogenasa del ciclo del ácido cítrico El piruvato es descarboxilado por el deshidrogenasa del complejo enzimático, para formar un derivado hidroxietílico del anillo tiazol del difosfato de tiamina unido a la enzima, que a su vez reacciona con la lipoamida oxidada, el grupo prostético de dihidrolipoil transacetilasa, hasta formar acetil lipoamida En la deficiencia de tiamina (vitamina B1) el metabolismo de la glucosa se ve afectado, y existe una acidosis láctica y pirúvica (con peligro potencial para la vida). La acetil lipoamida reacciona con la coenzima A para formar acetil­CoA y lipoamida reducida. La reacción se completa cuando la lipoamida reducida es reoxidada por una flavoproteína, dihidrolipoil deshidrogenasa, que contiene el dinucleótido flavin adenina. Finalmente, la flavoproteina reducida es oxidada por la NAD+, que a su vez transfiere equivalen­tes reductores a la cadena respiratoria. Aspectos clínicos Los iones mercúrico y arsenito reaccionan con los grupos —SH del ácido lipoico e inhiben la piruvato deshidrogenasa, al igual que la deficiencia de tiamina en la dieta, lo que permi­te la acumulación de piruvato. Muchos alcohólicos tienen deficien­cia de tiamina (tanto a causa de una dieta deficiente como a que el alcohol inhibe la absorción de tiamina) y pueden desarrollar acido­sis pirúvica y láctica potencialmente fatal. Los pacientes con deficiencia de piruvato deshidrogenasa por herencia, que puede ser el resultado de defectos en uno o más de los componentes del com­plejo enzimático, también presentan acidosis láctica, particular­mente después de una carga de glucosa. Debido a la dependencia del cerebro de la glucosa como combustible, estos defectos metabó­licos suelen causar trastornos neurológicos. La deficiencia heredada de aldolasa A y deficiencia de piruvato cinasa en los eritrocitos causa anemia hemolítica. La capacidad de ejercicio de los pacientes con deficiencia de fosfofructocinasa Glucogénesis Ocurre principalmente en el hígado y en el músculo. Es la formación de glucógeno (forma de almacenamiento) a partir de glucosa Glucogenólisis Degradación del glucógeno para producir glucosa. En el hígado su función principal es proporcionar glucosa para los tejidos extrahepáticos, es decir, proporciona glucosa a otros órganos. En el músculo, sirve principalmente como una fuente de combustible metabólico para su uso en el músculo. El músculo carece glucosa-6-fosfatasa y no puede liberar glucosa libre del glucógeno. Las enfermedades de almacenamiento de glucógeno son hereditarias de Lipoproteínas y fosfolípidos Los lípidos son un grupo heterogéneo de compuestos, que incluyen las grasas, los aceites, los esteroides, las ceras y los compuestos relacionados, que están más vinculados con sus propiedades físicas que con sus propiedades químicas. Características Relativamente insolubles en agua Solubles en solventes no polares tales como el éter y el cloroformo. Importancia biomédica Se cree que la suplementación dietética con ácidos grasos ω3 de cadena larga tiene efectos beneficiosos en varias enfermedades crónicas, incluyendo la enfermedad cardiovascular, la artritis reumatoide y la demencia. Los lípidos se transportan en la sangre combinados con las proteínas en las lipoproteínas particulares. Clasificación Lípidos simples. Son esteres de ácidos grasos con varios alcoholes: Lípidos complejos: Son ésteres de ácidos grasos, que siempre contienen un alcohol, y uno o más ácidos grasos, pero que también tienen otros grupos. Lípidos derivados: Se forman a partir de la hidrólisis de los lípidos simples y complejos. Incluyen: Los ácidos grasos, el glicerol, los esteroides, otros alcoholes, los aldehídos grasos, los cuerpos cetónicos, los hidrocarbonos, las vitaminas y los micronutrientes solubles en lípidos, y las hormonas. Algunos de estos (p. ej., los ácidos grasos libres, el glicerol) también actúan como lípidos precursores en la formación de los lípidos simples y complejos. Ácidos grasos: Los ácidos grasos se hallan en el cuerpo principalmente como ésteres, en grasas y aceites naturales, pero se encuentran en forma no esterificada como ácidos grasos libres, una forma de transporte en el plasma. Los ácidos grasos que se encuentran en las grasas naturales por lo general contienen un número par de átomos de carbono. La cadena puede estar saturada (que no contiene doble enlace) o insaturada (que contiene uno o más dobles enlaces) Forma de nombrarlos: Los ácidos saturados (no tienen dobles enlaces) terminan en ­anoico, por ejemplo, ácido octanoico (c8). Los ácidos insaturados con dobles enlaces terminan en ­enoico, por ejemplo, el ácido octadecenoico Clasificación de los ácidos grasos insaturados: Ácidos monoinsaturados (monoetinoide, monoenoico), que contienen un doble enlace. Ácidos poliinsaturados (los polietenoides, los polienoicos) que contienen dos o más enlaces dobles. Eicosanoides: estos compuestos, derivados de los ácidos grasos polienoicos eicosa (20 carbonos) (véase capítulo 23), incluyen los prostanoides, los leucotrienos (LT, leukotrienes), y las lipoxinas (LX, lipoxins). Los prostanoides incluyen las prostaglandinas (PG, prostaglandins), las prostaciclinas (PGI, prostacyclins) y los tromboxanos (TX, thromboxanes). La mayoría de los ácidos grasos insaturados que se producen naturalmente tienen dobles enlaces cis Si las cadenas de acilo están en el mismo lado del enlace, es cis, como en el ácido oleico; si está en lados opuestos, es trans, como en el ácido elaídico, el isómero trans del ácido oleico. Los ácidos grasos ω3 de cadena larga tales como el alfalinolénico (ALA, α-linolenic) (que se encuentra en los aceites vegetales), el eicosapentaenoico (EPA, eicosapentaenoic) (que se encuentra en el aceite de pescado) y el docosahexaenoico (DHA, docosahexaenoic) (que se encuentra en aceites de pescado y algas) tienen efectos antiinflamatorios, posiblemente debido a su promoción de la síntesis de prostaglandinas menos inflamatorias y leucotrienos en comparación con los ácidos grasos ω6. La evidencia actual sugiere que la dieta rica en ácidos grasos ω3 es beneficiosa, especialmente para las enfermedades cardiovasculares y también para otros padecimientos degenerativos crónicos como el cáncer, la ar­tritis reumatoide y la enfermedad de Alzheimer. Triglicéridos: Son las principales formas de almacenamiento de los ácidos grasos. Fosfolípidos Muchos fosfolípidos son derivados del ácido fosfatídico en el que el fosfato se esterifica con un grupo OH del glicerol y los otros dos grupos OH están esterificados con dos ácidos grasos de cadena larga (los glicerofosfolípidos). El ácido fosfatídico es importante como un intermediario en la síntesis de los triacilgliceroles, así como los fosfogliceroles, pero no se encuentra en gran cantidad en los tejidos. Los esfingolípidos, tales como la esfingomielina se encuentran en la hoja externa de la bicapa lipídica de la membrana celular y son particularmente abundantes en áreas de la membrana plasmática conocidas como balsas lipídicas. También se encuentran en grandes cantidades en la vaina de mielina que rodea las fibras nerviosas. Se considera que desempeñan una función en la señalización celular y en la apoptosis. Las esfingomielinas no contienen glicerol, y en la hidrólisis producen ácido graso, ácido fosfórico, colina y esfingosina. Tanto los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos tienen dos colas de hidrocarbonos de cadena larga que son importantes para su función en la formación de la bicapa de lípido en las membranas celulares pero en el primero ambas son cadenas de ácidos grasos, mientras que en el segundo uno es un ácido graso y la otra es parte de la molécula de la esfingosina. La fosfatidiletanolamina (cefalina) y la fosfatidilserina (se encuentra en la mayoría de los tejidos) también se localizan en las membranas celulares, y difieren de la fosfatidilcolina sólo en que la etanolamina o la serina, respectivamente, reemplaza a la colina Fosfatidicolina (lecitina): Son glicerofosfolípidos que contienen colina y son los más abundantes de la membrana celular, representan una gran proporción de la reserva de colina en el cuerpo. Fosfatidilinositol: Los fosfatidilinositoles fosforilados (fosfoinosítidos) son componentes menores de las membranas, pero son desempeñan un papel importante en la señalización celular y en el transporte de membrana. Cardiolipina: El ácido fosfatídico es un precursor del fosfatidilglicerol, que a su vez da lugar a la cardiolipina. Se encuentra sólo en las mitocondrias y es esencial para la función mitocondrial. La disminución de los niveles de cardiolipina o alteraciones en su estructura o metabolismo causan disfunción mitocondrial en el envejecimiento y en condiciones patológicas que incluyen insuficiencia cardiaca, hipotiroidismo y síndrome de Barth (la miopatía cardioesquelética). Lisofosfolípidos: Son fosfoacilgliceroles que contienen sólo un radical de acilo, por ejemplo, la lisofosfatidilcolina (lisolecitina), que es importante en el metabolismo y la interconversión de los fosfolípidos. este compuesto también se encuentra en las lipoproteínas oxidadas y ha estado implicado en algunos de sus efectos en la promoción de la aterosclerosis. Plasmalógenos: Estos compuestos constituyen de 10 a 30% de los fosfolípidos del cerebro y el corazón. Ceramida: Esfingosina +ácido graso Gangliosido: 3 azúcares+esfingosina+ ácido graso. Cerebrosido: 1 azúcar+esfingosina+ácido graso Glucolípidos: Son lípidos unidos a un carbohidrato o cadena de carbohidrato están ampliamente distribuidos en todos los tejidos del cuerpo, especialmente en el tejido nervioso, como el cerebro. Se encuentran sobre todo en la hoja externa de la membrana plasmática, donde integran los carbohidratos de la superficie celular que forman el glucocálix. Esteroides: El colesterol es el precursor de una gran cantidad de esteroides igualmente importantes que incluyen los ácidos biliares, las hormonas adrenocorticales, las hormonas sexuales, la vitamina D y los glucósidos cardíacos El ergosterol se halla en plantas y levaduras y es importante como fuente dietética de la vitamina D. Cuando es irradiado con la luz ultravioleta en la piel, el anillo B se abre para formar la vitamina D2 en un proceso similar al que forma la vitamina D3 a partir del 7-dehidrocolesterol en la piel.. Porfirinas y pigmentos biliares. La bioquímica de las porfirinas y de los pigmentos biliares están estrechamente relacionadas. El hem se sintetiza a partir de hierro y porfirinas, mientras que los productos de la degradación del hem son los pigmentos biliares y el hierro. PORFIRINAS. Son compuestos cíclicos formados por la unión de cuatro anillos de pirrol a través de puentes de metino. Varias cadenas laterales pueden reemplazar los ocho átomos de hidrógeno numerados de los anillos de pirrol. Las porfirinas pueden formar complejos con iones metálicos. Los ejemplos incluyen porfirinas de hierro como el hem de la hemoglobina y la clorofila de porfirina que contiene magnesio. Los hem son tetrapirroles. Biosíntesis del HEM: reacciones citosólicas como mitocondriales e intermediarios. - Aproximadamente 85% de la síntesis de hem ocurre en las células precursoras eritroides. La mayor parte del otro 15% en los hepatocitos. - Se produce en la mayoría de las células, excepto en los eritrocitos porque carecen de mitocondrias. Datos clave: ➔ Sustratos: Succinil-CoA y Glicina. ➔ Enzima reguladora: ALA sintasa (δaminolevulinato sintasa mitocondrial) ➔ Producto: HEM. Porfirinas. Tienen color y fluorescen Nota: los porfirinógenos son incoloros, a diferencia, de las diversas porfirinas que sí tienen color. Los dobles enlaces conjugados en los anillos de pirrol y los grupos metileno de unión de las porfirinas son responsables de la primera característica mencionada. Las porfirinas disueltas en ácidos minerales fuertes o en solventes orgánicos, e iluminadas por luz ultravioleta emiten una fuerte fluorescencia roja, por este motivo se las usa para detectar enfermedades como el cáncer (fototerapia contra el cáncer). Las coproporfirinas y las uroporfirinas se excretan en cantidades crecientes en las porfirias. Cuando están presentes en la orina o las heces, pueden separarse mediante extracción con solventes apropiados, y luego identificarse y cuantificarse usando métodos espectrofotométricos. TRASTORNOS DE LA BIOSÍNTESIS DEL HEM Envenenamiento por plomo: El plomo puede inactivar a la ferroquelatasa y a la ALA deshidratasa al combinarse con grupos tioles esenciales. TRASTORNOS DE LA PORFIRIA Los signos y síntomas de una porfiria son el resultado de una deficiencia de productos intermedios más allá del bloqueo enzimático o de la acumulación de metabolitos antes del bloqueo. Porfiria eritropoyética congénita ★ Antes de describir la anomalía, es necesario tener en consideración lo siguiente: la mayoría de las porfirias se heredan de manera autosómica dominante. ★ Sin embargo, en la porfiria eritropoyética congénita, se heredan de manera autosómica recesiva. ★ La fotosensibilidad y la desfiguración severa exhibida por algunos pacientes de porfiria eritropoyética congénita los ha sugerido como prototipos de los llamados hombres lobo. Porfiria intermitente aguda. ★ Enzima defectuosa: hidroximetilbilano sintasa, Signos clínicos: - daño a la piel, incluyendo cicatrices. CLASIFICACIÓN DE LAS PORFIRIAS Eritropoyéticas. Hepáticas. Alternativamente, las porfirias pueden clasificarse como: Agudas. Cutáneas. Porfiria inducida por medicamentos - Los barbitúricos, la griseofulvina pueden precipitar una crisis al reducir los niveles de hem. EL CATABOLISMO DEL HEM PRODUCE BILIRRUBINA. - A diferencia de la bilirrubina, que es escasamente soluble en agua, la bilirrubina unida a la albúmina sérica se transporta fácilmente al hígado. El catabolismo hepático de la bilirrubina tiene lugar en tres etapas: absorción por el hígado, conjugación con el ácido glucurónico y secreción en la bilis. 1. Absorción de bilirrubina. La bilirrubina se elimina de la albúmina y se absorbe en la superfi­cie sinusoidal de los hepatocitos mediante un sistema de transporte facilitado. Una vez internali­zada, la bilirrubina se une a proteínas citosólicas como la glutatión S ­transferasa, antes conocida como ligandina, para evitar que la bilirrubina vuelva a entrar en el torrente sanguíneo. De ahí es transportada al retículo endoplasmático. 2. Conjugación con el ácido glucurónico. Se convierte en una forma más soluble en agua, es decir, en una molécula polar por su conjugación con ácido glucurónico. La UDP-glucuroniltransferasa del retículo endoplasmático cataliza la transferencia en dos etapas de dos restos de UDP-glucuronato: Primero se forma monoglucurónido de bilirrubina y después diglucurónido de bilirrubina. 3. Secreción de bilirrubina en la bilis, La secreción de bilirrubina conjugada en la bilis se produce por un mecanismo de transporte activo. La bilirrubina directa tomada por los lisosomas y aparato de golgi es sacada activamente hacia canalículos biliares y de ahí a la vesícula biliar. La mayor parte de la bilirrubina excretada en la bilis de los ma­míferos es diglucurónido de bilirrubina. El 90% vuelve por la circulación enterohepática. El 10% es excretada a través de la orina TRASTORNOS DEL METABOLISMO DE LA BILIRRUBINA Presencia en sangre de bilirrubina no conjugada. Condición caracterizada por niveles de bi lirrubina en sangre por encima de 1 mg por dL. En todas estas situaciones, cuando la concentración de bilirrubina en sangre alcanza de 2 a 2.5 mg/d, se produce ictericia. “Ictericia fisiológica” neonatal. Es el resultado de una hemólisis acelerada y un sistema hepático inmaduro para la captación, conjugación y secreción de bilirrubina. En esta condición, la actividad de la bilirrubina glucuronosiltransferasa, y probablemente también la síntesis de UDP glucuronato, se reducen. Si no es tratada, la encefalopatía tóxica hiperbilirrubinémica resultante o kernicterus puede provocar retraso mental. La exposición de los recién nacidos con ictericia a luz azul (fototerapia) promueve la excreción hepática de bilirrubina no conjugada. Defectos de la bilirrubina UDP-glucuronosiltransferasa. Las mutaciones en el gen que codifica la bilirrubina UDP-glucuronosiltransferasa pueden dar como resultado que la enzima codificada tenga poca o ninguna actividad. Síndrome de Gilbert. Resulta inofensivo siempre que se conserve en alrededor de 30%% la actividad de la bilirrubina UDPglucurono siltransferasa. Síndrome de Crigler-Najjar tipo I. Caracterizada por ictericia congénita grave (más de 20 mg de bilirrubina por dL de suero) y el daño cerebral. Refleja la ausencia completa de actividad UDP glucuronosiltransferasa hepática. En estos casos la fototerapia reduce en alguna medida los niveles de bilirrubina en plasma, pero el fenobarbital no tiene ningún efecto beneficioso. La enfermedad suele ser mortal en los primeros 15 meses de vida. Síndrome de Crigler-Najjar tipo II. Se conserva algo de la actividad de la UDP glucuronosiltransferasa de la bilirrubina. Es más benigna que el síndrome de tipo I. La bilirrubina sérica no tiende a exceder los 20 mg/dL de suero y los pacientes responden al tratamiento con grandes dosis de fenobarbital. Hiperbilirrubinemia tóxica. La hiperbilirrubinemia no conjugada puede ser resultado de una disfunción hepática inducida por toxinas causada, por ejemplo, por el cloroformo, las arsfenaminas, el tetracloruro de carbono, el acetaminofén, el virus de la hepatitis, la cirrosis o el envenena miento por hongos tipo Amanita. Estos trastornos adquiridos implican un daño de las células del parénquima hepático que dificulta la conjugación de la bilirrubina. La hiperbilirrubinemia conjugada suele ser el resultado de la obstrucción de los conductos biliares hepáticos o comunes. El término ictericia colestásica incluye tanto los casos de ictericia obstructiva extrahepática como los de hiperbilirrubinemia conjugada. Síndrome de Dubin-Johnson. Hiperbilirrubinemia conjugada en la infancia o durante la vida adulta. Causada por mutaciones en el gen que codifica la proteína involucrada en la secreción de bilirrubina conjugada en la bilis. - Parte de la bilirrubina conjugada puede unirse covalentemente a la albúmina: Esta fracción, denominada δ-bilirrubina, tiene una vida media en plasma mayor. - - En la obstrucción completa del conducto biliar, la bilirrubina no tiene acceso al intestino para su conversión a urobilinógeno, por lo que no hay urobilinógeno presente en la orina. En la ictericia secundaria a la hemólisis el aumento de la producción de bilirrubina conduce a una mayor producción de urobilinógeno. TERCER PARCIAL ENZIMAS LAS ENZIMAS ESTÁN CLASIFICADAS POR TIPO DE REACCIÓN. Las enzimas se agrupan en las siguientes seis clases: 1. Oxidorreductasas: enzimas que catalizan oxidaciones y reducciones. 2. Transferasas: enzimas que catalizan la transferencia de restos, tales como grupos glucosilo, metilo o fosforilo. 3. Hidrolasas: enzimas que catalizan la escisión hidrolítica de C—C, C—O, C—N y otros enlaces covalentes. 4. Liasas: enzimas que catalizan la escisión de C—C, C—O, C—N y otros enlaces covalentes por eliminación de átomos, generando dobles enlaces. 5. Isomerasas: enzimas que catalizan cambios geométricos o estructurales dentro de una molécula. 6. Ligasas: enzimas que catalizan la unión (ligadura) de dos moléculas en reacciones acopladas a la hidrólisis del ATP. International Union of Biochemistry El análisis de determinadas enzimas de diagnóstico de sida. Muchas enzimas son componentes funcionales de la sangre. Los ejemplos incluyen pseudocolinesterasa, lipoproteína lipasa y componentes de las cascadas -> desencadenan: La coagulación de la sangre. La disolución del coágulo. La opsonización de los microbios invasores. Varias enzimas se liberan en el plasma después de la muerte o lesión celular. Entonces, ¿cuál es la función de estas? R// Pueden servir como biomarcadores, moléculas cuya apariencia o niveles suelen ayudar al diagnóstico y pronóstico de enfermedades y lesiones que afectan tejidos específicos. Importante!! El análisis cuantitativo de la actividad de las enzimas liberadas, proporciona información sobre el diagnóstico, el pronóstico y la respuesta al tratamiento. Enzimas en un infarto agudo de miocardio. Las primeras enzimas utilizadas para diagnosticar el infarto de miocardio fueron: - Aspartato aminotransferasa (AST). - La alanina aminotransferasa (ALT). - Lactato deshidrogenasa (LDH): El diagnóstico con LDH explota las variaciones específicas del tejido en su estructura cuaternaria. Por otro lado, la creatina cinasa tiene tres isoenzimas específicas de tejido con una ventana de diagnóstico más óptima. La troponina plasmática constituye el marcador de diagnóstico actualmente preferido. La troponina es un complejo de tres proteínas presentes en el aparato contráctil del músculo esquelético y cardíaco, pero no en el músculo liso. Los niveles de troponina aumentan de 2 a 6 horas después de un infarto de miocardio y permanecen elevados durante 4 a 10 días. Usos clínicos adicionales de las enzimas. Determinan la presencia y la concentración de metabolitos críticos. La glucosa oxidasa se utiliza frecuentemente para medir la concentración de glucosa en plasma. Se emplean en el tratamiento de lesiones y enfermedades. El activador del plasminógeno tisular o la estreptocinasa para el tratamiento del MI agudo y la tripsina para el tratamiento de la fibrosis quística. La infusión intravenosa de glucosilasas puede usarse para tratar síndromes de almacenamiento lisosómico como: Enfermedad de Gaucher (betaglucosidasa). Enfermedad de Pompe (alfaglucosidasa). Enfermedad de Fabry (alfa galactosidasa A). Enfermedad de Sly (betaglucuronidasa). Las enzimas facilitan el diagnóstico de enfermedades genéticas e infecciosas. Las endonucleasas de restricción escinden DNA bicatenario en sitios especificados por una secuencia de cuatro, seis o más pares de bases llamados sitios de restricción. Las desviaciones en el patrón de producto normal, llamadas polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción, ocurren si una mutación hace que un sitio de restricción sea irreconocible para su endonucleasa de restricción afín o, como alternativa, genere un nuevo sitio de reconocimiento. Estos RFLP se utilizan actualmente para facilitar la detección prenatal de una serie de trastornos hereditarios: rasgo drepanocítico. betatalasemia. fenilcetonuria infantil. enfermedad de Huntington. Aplicaciones médicas de la reacción en cadena de la polimerasa: PCR (importante!!) Emplea una DNA polimerasa termoestable y cebadores de oligonucleótidos apropiados para producir miles de copias de un segmento definido de DNA a partir de una cantidad diminuta de material de partida. Permite a los científicos médicos, biólogos y forenses detectar y caracterizar el DNA presente inicialmente a niveles demasiado bajos para la detección directa. La PCR se puede utilizar para detectar patógenos y parásitos como: ★ Trypanosoma cruzi, el agente causal de la enfermedad de Chagas. ★ Neisseria meningitidis, el agente causante de la meningitis bacteriana. Ribozimas: artefactos del mundo del RNA. Muchas moléculas de RNA se someten a reacciones de procesamiento que eliminan segmentos de oligonucleótido y religan los segmentos restantes para formar el producto de polinucleótido maduro. - La gran mayoría cataliza reacciones de desplazamiento nucleofílico que se dirigen a los enlaces fosfodiéster de la cadena principal de RNA. El ribosoma: la última ribozima. - Complejo masivo compuesto por puntajes de subunidades de proteínas y varias moléculas grandes de RNA ribosómico. Lleva a cabo el proceso altamente vital y complejo de sín tesis de cadenas largas de polipéptidos. La hipótesis del mundo del RNA: “El RNA constituía la primera macromolécula biológica.” Con la llegada del ADN, se dice que las proteínas de este último eran más eficientes pq potenciaban los procesos de catálisis. Cuadro 44-1. PROTEÍNAS PLASMÁTICAS. El plasma (parte líquida de la sangre) compone en 55% a la sangre, el 45% restante está determinado por los cuerpos formes. A su vez, el plasma resguarda: - Agua. - Electrolitos. - Metabolitos. - Nutrientes. - Proteínas. - Hormonas. ➔ La parte líquida sin los elementos anteriores se llamaría suero. ➔ El método para dividir la sangre es la centrifugación. Principales funciones de la sangre. EL PLASMA CONTIENE UNA COMPLEJA MEZCLA DE PROTEÍNAS Tipos: clasificación primaria: Fibrinógeno. Albúmina. Globulinas. Con el invento de la electroforesis se descubrieron: Albúmina. α1globulina. α2 globulina. β globulina. γ-globulinas. Pueden configurarse en: glicoproteínas y lipoproteínas. En nuestra sangre hay mayor cantidad de albúmina, seguida de la gamma-globulina (inmunoterapia con alto porcentaje de remisión de cáncer), después le sigue la alfa y beta globulinas en menor porcentaje. Las proteínas plasmáticas ayudan a determinar la distribución del líquido entre la sangre y los tejidos. La concentración agregada de las proteínas presentes en el plasma humano suele estar en el rango de 7 a 7.5 g/dL. El lado arterial tiene una presión hidrostática elevada. Porque esta presión es ejercida por la fuerza de contracción cardíaca. Edema cardíaco: típico en los pacientes con hipertensión. Presión oncótica: promueve el retorno del líquido al lecho vascular (25 mmHg) Fuerzas de Starling: - Arteriolas: Presión hidrostática (37 mmHg), presión intersticial (1 mmHg), fuerza neta (11 mmHg). Vénulas: Presión hidrostática (17 mmHg), fuerza neta (9 mmHg). Proteinemia: déficit en su parte exógena (nutricional) y renal pq las está eliminando por la orina. Las proteínas impiden que el líquido de la sangre se salga con facilidad. La mayoría de las proteínas plasmáticas se sintetiza en el hígado. Albúmina. Fibrinógeno. Transferrina. La mayoría de los componentes del complemento y las cascadas de la coagulación sanguínea= Vía del complemento es una de las principales de mediadores inflamatorios plasmáticos y solo se activa cuando hay microorganismos. Cascada de la coagulación: formación del tapón de fibrinógeno. Excepciones de producción de proteínas plasmáticas: ENDOTELIO: - Sintetiza el factor Von Willebrand. LINFOCITOS: - Produce gammaglobulinas. En las linfopenia se afecta la producción de estas. La albúmina es la proteína más abundante en el plasma humano. La albúmina contribuye de 75 a 80% con la presión osmótica del plasma humano. Sintetizada por el hígado: 12 g de albúmina por día. Cerca del 40% se encuentra en el plasma. El resto en el espacio intersticial. Los procesos de intercambio conllevan a que quede un remanente en el intersticio. La albúmina se sintetiza inicialmente como una preproteína. La albúmina es necesaria para el transporte de diversas sustancias incluso de material de desecho. Su funcionalidad es alta y es polivante Otras características: ➔ La albúmina humana madura consiste en una sola cadena polipeptídica, de 585 aminoácidos de longitud. ➔ Su conformación es elipsoidal (es una hélice). ➔ Tiene 17 enlaces disulfuro intracatenarios. ➔ Tiene 3 dominios funcionales: le dan la característica de pliegues, uniones. ➔ Una sola cadena. El hígado sintetiza aproximadamente 12 g El 40% de la albúmina del cuerpo circula en el plasma, el resto reside en el espacio extracelular. Contribuye de 75 a 80% con la presión osmótica del plasma humano. La albúmina se sintetiza inicialmente como una preproteína. Una función importante de la albúmina es unirse y transportar numerosos ligandos. Estos incluyen ácidos grasos libres , calcio, ciertas hormonas esteroides, bilirrubina, cobre y triptófano. Una variedad de medicamentos, como sulfonamidas, penicilina G, dicumarol y aspirina, también se unen a la albúmina LA HAPTOGLOBINA PROTEGE LOS RIÑONES. La haptoglobina (Hp) es una glucoproteína plasmática que se une a la hemoglobina (Hb) extracorpuscular y forma un complejo no covalente (Hb-Hp). La haptoglobina humana existe en tres formas polimórficas, conocidas como Hp 1-1, Hp 2-1 y Hp 2-2. El nivel de haptoglobina en un decilitro de plasma humano es suficiente para unir 40 a 180 mg de hemoglobina. Dado que el complejo de Hb-Hp resultante es demasiado grande (≥155 kDa) para pasar a través del glomérulo, el riñón está protegido de la formación de precipitados perjudiciales mientras que la pérdida de hierro asociada con la hemoglobina extracorpópica se reduce. FERRITINA. La ferritina forma una bola hueca compuesta por dos docenas de subunidades polipeptídicas que pueden encapsular de 3 000 hasta 4 500 átomos férricos. Las subunidades pueden ser del tipo H (pesado [heavy]) o L (ligero [light]). La subunidad H posee actividad de ferroxidasa, mientras que la subunidad L desempeña un papel en la nucleación y estabilización de la ferritina. Una pequeña cantidad de ferritina está presente en el plasma humano (50-200 μg/dL) proporcional a las reservas totales de hierro en el cuerpo. TRANSFERRINA. El hierro es transportado unido a la transferrina a través de la circulación. Es una glucoproteína sintetizada por el hígado. Es una β1-globulina con dos sitios de unión de alta afinidad para el hierro Su concentración en el plasma es de 300 mg/dl HEPCIDINA. Es el principal regulador de homeostasis sistémica de hierro. Es un péptido compuesto de 25 aminoácidos. Sintetizada en el hígado como un precursor de 84 aminoácidos (prohepcidina). La hepcidina se une a la ferroportina, exportador de hierro celular, lo que desencadena su internalización y degradación. Cuando los niveles plasmáticos de hierro son altos, aumenta la síntesis hepática de hepcidina, lo que reduce la reabsorción y reciclado de hierro. INMUNOGLOBULINAS. Las células B son responsables de la síntesis de anticuerpos humorales circulantes, también conocidos como inmunoglobulinas. Se pueden agrupar en cinco clases abreviadas como IgA, IgD, IgE, IgG e IgM. La más abundante es la IgG, consiste en dos cadenas ligeras idénticas y dos cadenas pesadas idénticas unidas por una red de enlaces disulfuro. Compuestas por: Regiones constantes o estable: se unen a la celdas Regiones variables: se unen al amino por enlaces llamados puentes disulfuros. Tipos de anticuerpos. IgG: De las células plasmáticas como linfocitos o leucocitos, macrófagos. Realizan fagocitosis y fijación del complemento. Atraviesan la placenta. Es la memoria antígena. IgA: Saliva, lágrimas, mucosas, leche. IgM: De la sangre, activación complemento. De respuesta primaria. IgD: De la superficie de los linfocitos B. IgE: En el plasma de la sangre y en mucosas. Muy valorada en procesos de alergia como respuesta ante reacción anafiláctica.