Teoría Total Bioquímica 2024 PDF

BIOQUÍMICA TEORÍA  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 1. AMINOÁCIDOS 1.1. Funciones biológi...

BIOQUÍMICA TEORÍA  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 1. AMINOÁCIDOS 1.1. Funciones biológicas de les proteínas. ▪ Enzimática ▪ Estructural ▪ Transporte ▪ Energética 1.2.Aminoácidos a) Estructura Existen 20 aminoácidos diferentes de que forman parte de las proteínas. Todos ellos son  - aminoácidos y constan de un grupo amino, un grupo carboxilo, un hidrógeno y un grupo distintivo llamado R unidos a un mismo carbono denominado carbono-. El carbono-  recibe este nombre por ser el carbono adyacente al carbono del grupo carboxilo, y el grupo diferenciador de los distintos aminoácidos (R) se denomina cadena lateral. Todos los aminoácidos que forman parte de las proteínas tienen configuración relativa L (el grupo amino está a la izquierda, si tenemos arriba el ácido y abajo la cadena lateral en proyección de Fischer). Dado que los diferentes aminoáci dos difieren unos de otros por su cadena lateral, podemos clasificarlos según el tipo de cadena lateral que posean. Bioquímica. Marc G. 2  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b) Clasificación Se caracterizan por tener una cadena lateral con poca afinidad hacia el agua. Además, hay ausencia de características ácido-base de su cadena lateral. Bioquímica. Marc G. 3  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Se caracterizan por tener una cadena lateral con mucha afinidad hacia el agua Este grupo de aminoácidos se caracteriza por la ausencia de características ácido-base de su cadena lateral. Bioquímica. Marc G. 4  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Este grupo de aminoácidos se caracteriza por las características ácido-base de su cadena lateral. Características especiales - La cisteína puede formar puente disulfuro para generar cistina (forma oxidada) - Los Aminoácidos aromáticos (triptófano, tirosina y fenilalanina presentan fuerte absorbancia en la región ultravioleta (entre 240 y 300nm) Bioquímica. Marc G. 5  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 - Los aminoácidos básicos presentan agrupaciones funcionales características: Bioquímica. Marc G. 6  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3.Aminoácidos no estándar a) Aminoácidos modificados Bioquímica. Marc G. 7  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b) Aminoácidos no proteicos Bioquímica. Marc G. 8  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Los aminoácidos como bases y ácidos En el interior celular los aminoácidos predominan en forma de ion dipolar o zwitterion (del alemán ion híbrido). En la forma dipolar el grupo carboxilo se encuentra disociado (-COO-) y el grupo amino protonado (-NH3+), pero la carga de la molécula es neutra. Un zwitterion puede actuar como un ácido o como una base cediendo o aceptando protones. La protonación o desprotonación de los grupo amino y carboxilo depende del pH. Para la glicina el pKa para el grupo carboxilo y amino es respectivamente 2,3 y 9,6. esto significa que a pH inferiores a 2,3 los grupos carboxilo y amino estarán protonados, la carga neta de la molécula será positiva. A pH entre 2,3 y 9,6 el grupo carboxilo esta desprotonado y el grupo amino protonado, siendo la carga neta del aminoácido cero. A pH superiores a 9,6 ambos grupos estarán desprotonados, siendo la carga neta negativa. Tenemos en cuenta ciertas generalidades por lo que respeta a los valores de pKa de los aminoácidos: - El pKa del grupo -carboxilo está en torno a 2 - El pKa del grupo -amino ésta en torno a 9,5 - El pKa de la cadena lateral siempre será mayor que el de su homónimo en posición  ( COOH en cadena lateral en torno a 4 y amino en cadena lateral por encima de 10) Ejemplo: Haz el equilibrio ácido base de la lisina (ác. 2,6-diaminohexanoico) y calcula su punto isoeléctrico. Datos pKa1 = 2.2, pKa2 = 9,6, pKaR = 10,50 Bioquímica. Marc G. 9  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 10  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 2. ESTRUCTURA DE LES PROTEÍNAS 1. Niveles de organización estructural de las proteínas. En el estudio de la estructura de las cadenas polipeptídicas podemos distinguir hasta cuatro niveles de organización estructural. La estructura primaria corresponde con la secuencia ordenada de aminoácidos que forman la cadena polipeptídica. La estructura secundaria es disposición espacial del esqueleto de la cadena polipeptídica, sin incluir las cadenas laterales de los aminoácidos. Hay estabilización por puentes de hidrógeno y fuerzas de Van de Waals La estructura terciaria es la disposición tridimensional de la cadena polipeptídica completa. Hay estabilización por puentes de hidrógeno, fuerzas de Van de Waals, puentes disulfuro entre cisteínas y enlaces iónicos (puentes salinos) La estructura cuaternaria aparece en la proteínas formadas por más de una cadena peptídica, y describe cómo están asociadas dichas cadenas para constituir la proteína activa. Suele haber estabilización entre las diferentes cadenas por enlaces de coordinación a metales (enlaces met álicos). La mayoría de proteínas contienen entre 50 y 2000 residuos de aminoácidos. Como el peso molecular promedio de un AA es de 110 g/mol, el PM promedio de una proteína está comprendido entre 5500 y 220000 g/mol (5,5KDa - 220KDa) 2. Enlace peptídico y estructura primaria. a) Enlace Peptídico El esqueleto de toda proteína esta constituido por una repetición de N-C  -C. Esta unidad de repetición está enlazada mediante enlaces peptídicos. Se conoce como grupo peptídico al N y C unidos por el enlace peptídico y sus cuatro sustituyentes, el oxígeno del carbonilo, el hidrógeno del amino y los carbonos alfas unidos al N y C. Unidos al esqueleto del polipéptido encontramos, hidrógenos del grupo amino, oxígenos del grupo carbonilo e hidrógenos y las cadenas laterales de los carbonos alfa. El grupo peptídico es plano y presenta resonancia. La configuración trans suele ser la más estable en el enlace peptídico Bioquímica. Marc G. 11  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 A excepción de la Prolina, el enlace peptídico és más estable en configuración trans que cis... Cuando el segundo AA es prolina, el enlace peptídico es aproximadamente igual de estable en configuración cis y trans. La mayoría de enlaces peptídicos en prolinas de proteínas funcionales presentan configuración trans. Eso es debido a la acción de unas enzimas denominadas rotamasas, que cortan enlaces peptídicos cis de cualquier AA con prolinas. Bioquímica. Marc G. 12  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Estructura secundaria. Hélice alfa, hojas beta y giros beta. Existen métodos para predecir la tendencia a adoptar cierta estructura secundaria por parte de 5 o 6 residuos. Suelen tener un 60% de fiabilidad (Método de Chou-Fasman) Mapas de Ramachandran Los diagramas de Ramachandran nos ofrecen una visión más o meno probable de los valores que pueden adquirir los ángulos phi y psi. Por tanto nos hacen una predicción de cuál va a ser la posible estructura secundaria del péptido. a) Hélice  Bioquímica. Marc G. 13  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 La hélice  es especialmente rica en aminoácidos polares. Presenta un paso de rosca de 5,4Ả ya que hay una distancia vertical de 1,5A entre AA y AA y tenemos 3,6 AA por cada vuelta. La hélice  se encuentra estabilizada por puentes de hidrógeno entre el carbonilo de un AA y el grupo amino de la posición +4 (patrón i, i+4) Un aminoácido que no puede formar nunca hélices α es la prolina, debido a que no puede establecer puente de hidrógeno debido a que no tiene H en el N cuando establece enlace peptídico. Cuando encontramos AA de tipo voluminoso, como la fenilalanina, la tirosina o el triptófano tampoco tienden a generar hélices α, ya que no tienen espacio suficiente para que encajen. Bioquímica. Marc G. 14  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b) Lámina  Las láminas  son estructuras planas paralelas o antiparalelas que se encuentran estabilizadas por puentes de hidrógeno entre lámina y lámina (participan los grupos carbonilo y amino respectivamente). Son muy ricas en AA apolares ya que estos se estabilizan por fuerzas de VDW. c) Giros  El tercer tipo de estructura que se fue observando fue lo que se denominó como giros β, o codo β. Hace referencia a la estructura que hace forma de giro en las cadenas con un ángulo aproximado de 180º. El giro está constituido por 4 AA. El grupo carbonilo del AA en posición 4 se estabiliza con el grupo amino del AA en posición 1, de tal manera que el giro queda estable (puente de hidrógeno). Estos giros suelen estar producidos por prolinas (en configuración cis) o bien por glicinas Bioquímica. Marc G. 15  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Triple hélice: estructura del colágeno. Las cadenas de colágeno tienen una forma de hélice levógira. El paso de rosca es de 3,3 AA. Comparada con las hélices α son más compactas, por lo que tienen los AA más juntos. Suelen aparecer secuencias determinadas de AA, como la de Gly-X-Pro o Gly-X-Hyp, el último se trata de la 4 hidroxiprolina. (fijaros q 1/3 AA es glicina) La estructura resultante de la unión de tres cadenas de colágeno, formando la conocida como triple hélice del colágeno. El complejo resultante tiene un sentido dextrógiro. Esta triple hélice también es denominada tropocolágeno. En la siguiente imagen tenemos una representación de la formación y la estructura del tropocolágeno. Los tropocolágenos se unen mediante enlaces covalentes, lo que da estabilidad a las fibras que constituyen. Los enlaces se dan entre aminoácidos de carácter básico, habitualmente entre lisinas. El colágeno es una proteína que tiene gran resistencia a la tracción Bioquímica. Marc G. 16  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Estructura de la  -Queratina Proteína fibrosa con estructura bastante compleja. Recordad el concepto de coiled -coil 6. Estructura terciaria. Proteínas fibrosas y proteínas globulares. ▪ Proteinas fibrosas: formadas por cadenas polipeptídicas ordenadas de forma paralela e insolubles en agua. En general forman parte del tejido conjuntivo en tendones, huesos, fibras contráctiles musculares de la célula, pelo y uñas. Ej: colágeno, queratina ▪ Proteinas globulares: con forma esférica, formadas por cadenas polipeptídicas que se doblan en forma globular y solubles en agua. Entre ellas están enzimas, anticuerpos, hormonas, proteinas con función transportadora de otras sustancias (ej: hemoglobina). Bioquímica. Marc G. 17  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Estructures supersecundarias. Existen unas estructuras que denominamos estructuras supersecundarias, que tienen una forma característica que hacen que las reconozcamos dentro de las proteínas. Muchas de estas formas determinan, por sí mismas, una serie de funciones para la proteína, por lo que las vamos a encontrar en diversas proteínas, por lo que no son exclusivas de una sino que las encontramos en diferen tes unidades. Bioquímica. Marc G. 18  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Dominios. Son zonas compactas de una proteína (tramos de 100 a 400AA) con una función concreta. Cuando hablamos de proteínas solemos utilizar el término dominio, que viene a ser una estructura supersecundaria que tiene algún tipo determinado de función. Un dominio p uede ser una zona por la cual la proteína va a unirse a otra sustancia. 8. Desnaturalización i plegamiento Las proteínas pueden perder su función. Al proceso en que las proteínas pierden su función se le ha denominado desnaturalización. Este proceso puede tener diferentes causas. Se basa en el hecho de que la proteína pierde su estructura plegada, por lo que pierde la condición de ser funcional. Si no está plegada no observamos funcionalidad. El hecho de que no esté plegada no indica que no hay presencia de enlaces por puente disulfuro. El plegamiento/desnaturalización de una proteína suele ser un proceso cooperativo y rápido Lo diferentes factores que afectan a la desnaturalización son algunos como la temperatura, el pH, que hace que la proteína cambie sus formas de más ácidas a más básicas, diferentes disolventes orgánicos, que impiden su función, o compuestos como la urea, que tiene una función desnaturalizante. El β-mercaptoetanol y algunos detergentes como el SDS también son capaces de desnaturalizar las proteínas. El proceso puede ser revertido, por lo que hablamos de una renaturalización. Este proceso no se da en todas a proteínas y solo se puede revertir en determinadas condiciones, dependiendo de cómo haya sido el proceso de desnaturalización. Si después de haber añadido productos desnaturalizantes a la proteína aplicamos un proceso de diálisis podríamos recuperar la proteína original, de tal manera que la renaturalizaríamos. Otro factor importante es el proceso por el cual se pliegan las proteínas. Éstas no pueden plegarse de forma no regulada, ya que de las múltiples combinaciones que existen una proteína podría tardar la media de 10 27 años en adoptar su forma concreta, por lo que hacen falta una serie de elementos que regulen estos pliegues. Conocemos diferentes tipos de proteínas que se encargan de ello, como serían la Proteína Disulfuro Isomerasa (PDI), que se encarga de la formación de los puentes disulfuro; la Peptidil Prolil cis -trans Isomerasa (PPI), o la familia de las chaperonas y las chaperoninas, como la HSP70. La HSP70 es una chaperona que se une a regiones hidrofóbicas evitando agregaciones inapropiadas. Esta HSP70 es importante en células con posible estrés térmico. El conjunto groEL-groES es una de las chaperoninas más importantes Chaperonas y chaperoninas gastan ATP en el proceso de favorecer el plegamiento. Bioquímica. Marc G. 19  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Lo que logramos hacer con estas sustancias, proteínas, es pasar de un máximo de entropía a reducirla a un mínimo, por lo que aumentamos el orden de la molécula. A continuación encontramos una explicación termodinámica del plegamiento de las proteínas. Bioquímica. Marc G. 20  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Experimento de Anfinsen Bioquímica. Marc G. 21  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Amiloidosis Algunas amiloidosis características de enfermedades son: -amiloide (Alzheimer) huntingtina (Huntington) -sinucleína (Parkinson) SAA Amiloide A sérica (artritis reumatoide) Fibrosis Quística Mutación genética en CFTR (canal de Cloruro). Causa la delección de un residuo de fenilalanina que prvoca plegamiento erróneo. Enfermedades Priónicas Las proteínas de tipo PrP-PrPSC están implicadas en el desarrollo neuronal en mamíferos (PrP, monómero activo y funcional; PrPSC es el agregado responsable de las encefalopatías. El plegamiento incorrecto de la proteína formará agregados que provocarán encefalopatías espongiformes. - Creutzfeld-Jakob en humanos - Vacas locas en bovinos Bioquímica. Marc G. 22  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 SEMINARIO 2: Técnicas en la investigación de proteínas: purificación y caracterización Para obetener un homogeneizado donde podamos encontrar las proteínas debemos lisar las células del tejido a analizar. En caso de querer analizar células animales se suele realizar un lisado osmótico. En caso de células con pared, disrupción mecánica o ultrasonidos a) Centrifugación preferencial Una vez tenemos la fracción deseada se trata de concentrar la proteína en cuestión en la muestra. Al añadir sal a una disolución, las proteínas precipitan. La concentración de sal que necesita cada proteína es ligeramente diferente con lo que además de concentrar también aíslaremos parcialmente. Se suele añadir sulfato de amonio. Luego redisolveremos las proteínas precipitadas y haremos diálisis para eliminar el exceso de sal. Bioquímica. Marc G. 23  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b)PURIFICACIÓN DE LAS PROTEÍNAS b1) Cromatografía de intercambio iónico - Columnas positivas (DEAE, dietilaminoetil): Retienen en mayor medidad proteínas con carga negativa en una disolución de pH determinado - Columnas negativas (CM, carboximetil): Retienen en mayor medida proteínas con carga positiva en una disolución de pH determinado Bioquímica. Marc G. 24  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b2) Cromatografía de gel-filtración (Exclusión Molecular) Límite de exclusión: Tamaño más pequeño posible de una molécula que no puede entrar a travéd de los poros b3) Cromatografía de afinidad Generalmente difícil que proteína nativa tenga afinidad específica hacia cierto sustrato de la columna Opción: Por ingeniería genética expresión de proteína determinada con “tag” y columna que permita identificar “tag”. Posteriormente corte proteolítico entre “tag” y proteína nativa Bioquímica. Marc G. 25  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 c) VALORACIÓN DE LA PURIFICACIÓN Colorimetría Método de Bradford, Biuret...se evalúa absorbancia a 280nm (todas las proteínas absorben en UV) Actividad específica Nos da una idea de lo concentrada que está la muestra ya que nos permite calcular la actividad de la proteína/cantidad de muestra presente. Como mayor sea la actividad específica, más concentrada es la muestra de la proteína Técnicas electroforéticas o En condiciones no desnaturalizantes: Separación por carga y tamaño Las proteínas mantienen su forma y plegamiento. o En condiciones desnaturalizantes (SDS + agente reductor (SDS-PAGE)): Separación por carga PAGE (Electroforesis en gel de poliacrilamida) Las proteínas no mantienen su plegamiento nativo. Bioquímica. Marc G. 26  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Interpretación de la cromatografía Revelado con nitrato de plata o azul de Coomassie Autoradiografía Anticuerpos (Western Blot) La movilidad de la proteína es inversamente proporcional al logaritmo del peso molecular Isoelectroenfoque: Separación por carga Bioquímica. Marc G. 27  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA3. MIOGLOBINA Y HEMOGLOBINA 1. Modelos de transporte de Mb y Hb En el caso de la mioglobina observamos este tipo de gráfica, que varía en función de la presión parcial de O2 en el medio. Al tratarse de un gas hablaremos de presiones, en este caso las unidades las vemos en KPa. Observamos un valor determinado, que es el de la P 50. Este valor es aquella presión a la que la proteína ha llegado al 50% de saturación. La mioglobina, como vemos, tiene mucha afinidad por el O2 (valor de P 50 muy bajo, P50 = 2 torr), ya que a presiones muy bajas ya se encuentra a la mitad de su saturación máxima. La mioglobina se localiza en el tejido muscular. El monóxido de carbono, CO, también tiene la propiedad de unirse a esta posición del grupo hemo, por lo que cuando tenemos presencia de CO y de O 2, se puede dar una inhibición competitiva a causa del exceso de [CO], frente a la falta de la [O 2], y entonces se produce la asfixia del organismo, ya que no recibimos el O 2 en nuestras células. Es por esta razón que el CO es considerado un gas tóxico. La hemoglobina también es una proteína responsable del transporte de la molécula de oxígeno. Se trata de una proteína de estructura cuaternaria formada por cuatro subunidades, dos cadenas α similares y dos cadenas que denominamos β. Es por eso que también se la denomina α2β2. La hemoglobina presenta menos afinidad por el oxígeno. (P50 = 26 torr) Cada una de estas cadenas es capaz de contener un grupo hemo, por lo que llegará a transportar cuatro moléculas de O 2 a la vez. Las interacciones entre las diferentes cadenas de la hemoglobina se dan en unos puntos determinados. La cadena α se una a la cadena β mediante una interacción entre una Lys C5 con una His C3, que es estabilizada con un aspártico. Bioquímica. Marc G. 28  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 2.El grupo hemo y su ambiente apolar. Grupo Hemo: Protoporfirina IX-Fe. Se trata de un grup prostético que se encuentra unido tanto a Mb como Hb. Interacciona a través de la cadena peptídica mediante interacción de coordinación entre Fe e His F8 (His93, His proximal). Como sustancia transportada nos fijamos en el oxígeno molecular, O2. Se trata de una molécula apolar, por lo que no es soluble en medios acuosos y requiere una serie de proteínas que sí lo sean para poder transportarse. El O2 es una molécula importante de la cual aprovechamos su poder oxidante en la cadena de transporte electrónico. El grupo que se encarga de captar el O 2 es el grupo prostético hemo, que encontramos en proteínas como la mioglobina o la hemoglobina. Este grupo tiene un átomo de hierro en su interior que será el responsable de unir el O 2 al grupo y unir los diferentes componentes del anillo hemo con él. El hierro puede tener dos formas, la forma de ión ferroso Fe 2+ o de ión férrico Fe3+. El que unirá el O 2 al grupo hemo será el primero, el ferroso, ya que es el que tiene más electrones disponibles para compartir. Tiene seis posibilidades de enlace a causa de sus 6 electrones. Cuatro de ellas las tiene ocupadas con el anillo central y las otras dos son para mantener interacciones, una de ellas para unirse al O2, y otra para unirse a una histidina, concretamente a la His 8 de la cadena F. Las cadenas se ordenan alfabéticamente, desde el inicio de la cadena al final. Una mutación en esta histidina causaría que la interacción no fuese la correcta y podría llegar a causar la muerte, o no nacer. Otra histidina estabiliza al O 2 coordinado al átomo de hierro (His E7, distal) 3. Concepto de alosterismo. Una proteína alostérica es una proteína cuya actividad está regulada mediante un centro alostérico, que es un sitio, distinto del centro activo de la enzima, al que se une un regulador (llamado regulador alostérico) de manera reversible y no covalente. La unión de este regulador modifica la estructura tridimensional de la enzima y llega a afectar la configuración del sitio activo, por lo que aumenta o disminuye su actividad, según el caso. El alosterismo es una de las principales formas de regulación en la célula debido a que puede producir cambios rápidos y fácilmente reversibles en la actividad de las enzimas (y, por lo tanto, en el metabolismo) sin depender de que el regulador tenga una estructura similar al sustrato de la enzima (lo que puede ayudar a conectar vías metabólicas). Bioquímica. Marc G. 29  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. La hemoglobina como proteína alostérica La molécula de hemoglobina tiene una forma alostérica, que en el centro de unión sigue una representación gráfica sigmoidea. Tiene dos formas, la forma T, o forma en tensión, que no puede unir el O2, y la forma R, o relajada, que es la que nos permite unir el oxígeno molecular. Estas estructuras se pudieron determinar mediante la cristalización de las proteínas. Aquí podemos ver como no se une el oxígeno a la forma T. Como hemos observado tenemos dos proteínas que son capaces de transportar el O2, la hemoglobina y la mioglobina. La primera se encuentra en la sangre y la segunda en los tejidos, y ambas con curvas diferentes. La hemoglobina recoge el O 2 en los pulmones. En ellos, la presión parcial que existe se encuentra alrededor de los 12 KPa, por lo que la hemoglobina queda saturada y se va distribuyendo a lo largo del corriente sanguíneo. Conforme va avanzando la presión disminuye, hasta que llega a los tejidos. En ellos observamos una presión parcial que se mueva alrededor de 4KPa, presión a la que la mioglobina se encuentra saturada y puede recoger el O2. Se trata de un proceso de transferencia de O 2 muy eficaz que se produce en función de la presión. Lo podemos observar en la siguiente gráfica. Bioquímica. Marc G. 30  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Efecto Bohr. Tras realizarse este proceso la hemoglobina capta el CO 2 del tejido a través del efecto Böhr. Cuando esta llega a un lugar con presencia de H + y de CO2 se mantiene un equilibrio que libera el O 2, haciendo que la hemoglobina, Hb, se quede con las dos primeras sustancias. En los pulmones, como la [O 2] es mayor el equilibrio se desplaza hacia la izquierda y de nuevo se hace el ciclo. Cuando el pH disminuya se pierde afinidad, ya que la [H +] aumenta y el equilibrio desfavorece al O 2. En la siguiente gráfica observamos como varía la eficacia en función de una disminución o un aumento del pH del medio en que se encuentre la Hb. Bioquímica. Marc G. 31  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Regulación alostérica por 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Al tratarse de una proteína alostérica tiene un modulador de su actividad, se trata del 2,3 -bifosfoglicerato, y, a medida que aumenta su concentración la curva de la Hb se va haciendo cada vez más sigmoide, lo que hace que la Hb pierda afinidad por el O 2, lo que es un factor importante también en el intercambio del oxígeno molecular entre Hb y mioglobina. Únicamente se puede unir a la forma T de la Hb, es decir, a la que no puede unir el O 2, ya que la forma tiene el centro de unión cerrado. El 2,3-BPG participa en la adaptación a la altura ya que su aumento de concentración en sangre al encontrarnos durante un tiempo prolongado en altitud, optimiza la transferencia de O 2 de la Hb a la Mb. 7. Modelos secuenciales y concertados a) Modelo concertado Parte de que hay dos formas con diferente afinidad, y que existe un equilibrio entre ellas. Observamos la hemoglobina formada por cuatro subunidades. En el momento en que el ligando se une con una de estas subunidades observamos como existe un equilibrio entre la siguiente forma cargada, la forma vacía anterior, o la forma más afín. A medida que se van llenando las diferentes subunidades vamos avanzando hasta el estado de mayor afinidad. Bioquímica. Marc G. 32  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b) Modelo secuencial Sigue la misma hipótesis que el modelo anterior aunque mantiene matizes entre las formas más afines y las menos afines, por lo que no será un todo o nada, sino que se mantendrá una relación entre ellas. Al final si que podemos encontrar una fase completamente afín. Lo que concluimos es que los dos expresan lo mismo pero el segundo contempla la posibilidad de que hayan más equilibrios que en el primero. Ambos son útiles para imaginarnos cómo funciona esta proteína y el por qué de su representación. Bioquímica. Marc G. 33  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 8. Hemoglobina fetal La Hb fetal está formada por 2 cadenas alfa y 2 gamma (). La hemoglobina fetal no une el 2,3- BPG de forma tan eficaz como la Hb adulta y por tanto la Hb fetal presenta más afinidad por el O 2. 9. Enfermedades genéticas a) Anemia Falciforme Si la Hb no tiene la forma que debería tener, observamos patologías como la anemia falciforme. Se trata de una tipo de anemia que afecta a la forma general de los eritrocitos, que es causada por la modificación en un aminoácido concreto de los aminoácidos de la secuencia. Se trata concretamente de la modificación del glutamato en posición 6 por una valina en las cadenas beta, lo que implica que se pierda una carga que resulta muy importante para que se mantenga la estructura. Esta Hb modificada es capaz de aglomerarse, de tal forma que se forman una serie de fibras que hacen que los eritrocitos adquieran estas conformaciones. (conformaciones de hoz) b) Talasemia Esta enfermedad está provocada por deleciones en uno o varios genes de los que componen los grupos de la α-globina y la β-globina. Según estas delecciones involucren más o menos genes el tipo de talasemia será más o menos grave. -talasemia La Hb final tendría 4 cadenas . La transferencia del O2 sería muy deficiente. -talasemia La Hb final tendría 4 cadenas . La Hb precipita. Es mortal, no prospera el ser vivo. Bioquímica. Marc G. 34  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA4. ENZIMAS 1. Características generales de las enzimas Las reacciones biológicas son complejas. No son reacciones que podemos obtener de forma sencilla en el laboratorio sino que requieren unas condiciones especiales, lo que las hace más complejas que las demás, lo que nos permite obtener moléculas difíciles de sintetizar como el glucógeno. El poder catalítico de los enzimas es mucho mayor que cualquier de los catalizadores químicos conocidos. Tienen una gran especificidad en cuanto el sustrato, de tal manera que solo uno podrá interactuar con el enzima y dar lugar al producto de la reacción. Este nivel de especificidad puede llegar a discriminar dos isómeros D o L. Actúan en condiciones fisiológicas, a una temperatura aproximada de unos 37ºC, y aun pH que se mueve alrededor de 7. Todas las reacciones enzimáticas las observamos a estas condiciones. También actúan por fuerzas iónicas, que son las diferencias de cargas iónicas dependiendo de la concentración de iones que tengamos en la muestra. La actividad de la reacción puede ser regulada. Esta regulación puede darse a causa de que se modifique algún sustrato, por lo que, por ejemplo, si añadiésemos un fosfato en una determinada sustancia ésta ya no podría ser sintetizada mediante la enzima a causa de la elevada especificidad. 2. Estado de transición y energía de activación. Los enzimas no tienen efecto a nivel termodinámico sino que únicamente afectan a la cinética de la reacción, es decir, que aumentan la velocidad a la que se produce, minimizando la energía de activación de la reacción. Los enzimas tienen la propiedad de disminuir la entropía de la reacción y de minimizar la solvatación del sustrato, es decir, que disminuye la presencia de moléculas de agua alrededor del sustrato. Bioquímica. Marc G. 35  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Centro activo: Complejo enzima-sustrato. Modelo llave-cerradura y modelo instructivo En el modelo de Fischer, el centro activo de la enzima es afín al sustrato. En el modelo de Koshland el centro activo de la enzima es afín al estado de transición del sustrato 4. Tipos de catálisis a) Catálisis ácido-base b) Catálisis covalente c) Catálisis con cofactores Bioquímica. Marc G. 36  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Coenzimas Las vitaminas son sustancias esenciales que podemos transformar en coenzimas útiles para diferentes procesos bioquímicos. El NAD+/NADH y el NADP+/NADPH son derivados de la nicotinamida (Vit B3) capaces de participar en procesos redox. Son coenzimas móviles (cosustratos). Su forma oxidada y reducida absorben radiación de diferente longitud de onda en el rango UV. El FAD/FADH2 son derivados de la Vit B2 capaces de participar en procesos redox. A diferencia de los anteriores son grupos prostéticos. La tiamina pirofosfato deriva de la tiamina (Vit B1) y participa en la transferencia de grupos aldehido El piridoxal fosfato deriva de la Vit B6 y participa en la transferencia de grupos amino. El CoASH deriva de la Vit B5 (ácido pantoténico) y participa en la transferencia de grupos acilo. Es un Son coenzima móvil (cosustrato) La lipoamida es un coenzima no vitamínico que deriva del ácido lipoico. Actúa como transportador electrónico y transportador de acilos. Lo encontramos en complejos multienzimaticos como la piruvato deshidrogenasa Bioquímica. Marc G. 37  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Cinética enzimática: modelo de Michaelis-Menten. Significado de los paràmetres cinéticos: km y Vmax. A continuación observamos una gráfica que nos relaciona la velocidad inicial de la reacción en función de la cantidad de sustrato que haya. Como podemos observar a mayor concentración de sustrato mayor es la velocidad de la reacción. Esta curva tiene un comportamiento hiperbólico, ya que llega un punto que aunque tengamos una elevada concentración de sustrato la velocidad inicial máxima no va a variar. Km es aquel valor de la concentración en que la velocidad inicial es igual a la mitad de la velocidad inicial máxima, por lo que tendrá las mismas unidades que la concentración. Los enzimas que siguen estas curvas en forma parabólica son los denominados enzimas parabólicos. Las curvas parabólicas que hemos observado también son denominadas curvas de Michaelis-Menten, ya que fueron los primeros en describirlas. La Km es un parámetro que nos informa de la afinidad del enzima con el sustrato. Cuanto menor sea la Km observamos que es menor la concentración de sustrato necesaria para hacer que la reacción llegue a la mitad de la velocidad máxima y por tanto como mayor sea Km, menor será la afinidad. La Km de las enzimas para cierto sustrato son valores que se aproximan a las [ ] de los sustratos en condiciones celulares La velocidad máxima es un parámetro que depende de la concentración total de enzima. A más concentración de enzima, mayor velocidad máxima. De hecho cuando alcanzamos la Vmax todos los centros catalíticos de la enzima están ocupados. Bioquímica. Marc G. 38  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Método de linealización de Lineweaver-Burk. Para que la función tenga una representación más clara y podamos obtener valores más exactos, lo que se hace es aplicar la inversa de la función, de tal manera que obtenemos la siguiente expresión, conocida como ecuación de Lineweaver-Burk. Nos resulta muy útil para conocer los valores exactos de la Km y la V MAX. Hacemos un símil con la ecuación de la recta (y = mx + n). La velocidad de la reacción la podemos medir como la variación de sustrato partido por el tiempo de reacción transcurrido. En el S.I. las unidades de velocidad las nombraremos como “mol/s”, mientras que las U.I. serán “1 μmol/min”. Bioquímica. Marc G. 39  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Constante catalítica Kcat y eficiencia catalítica (Kcat/Km). La constante catalítica (o número de recambio) nos indica cuántas moléculas de sustrato son transformadas por molécula de enzima en cierto tiempo. En el SI tiene unidades de s -1. Se suele representar como Kcat o como K2. Se calcula fácilmente a través de V max y la concentración de enzima, si la velocidad máxima viene expresada en (mol/L)/tiempo. Si la velocidad viene indicada en moles/tiempo, habría que acabar dividiendo entre los moles de enzima presentes… 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝑉𝑚𝑎𝑥 𝐾𝑐𝑎𝑡 = 𝐾𝑐𝑎𝑡 = [𝐸] 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛𝑧𝑖𝑚𝑎 Podemos calcular una relación entre la K m y la Kcat. La relación de K cat / Km es la que denominamos eficiencia catalítica, que, a mayor número de este cociente, mayor será la eficacia del enzima en la reacción. Las unidades de este cociente son de t -1, y de [ ]-1. 8. Enzimas multifuncionales y complejos multienzimáticos. Otros enzimas son los denominados multifuncionales, que catalizan diferentes reacciones, por lo que se pueden unir a distintos sustratos. Esto es así porque son enzimas que tienen más de un centro activo. Estos enzimas son muy escasos. (Ej: ácido graso sintasa en vertebrados) En ocasiones observamos como diversos enzimas se agrupan para realizar algunas reacciones. Las agrupaciones de enzimas son denominadas agrupaciones multienzimáticas, que se pueden producir a causa de la proximidad espacial entre ellos (cabe decir que cada enzima del complejo catalizará un proceso específico y diferente al resto) (Ej: ácido graso sintasa en bacterias) 9. Enzimas alostéricas. Algunos enzimas tienen otros centros a los cuales se van a unir otras sustancias. Se trata de enzimas que tienen más de un centro, denominado centro regulador o alostérico. Este centro regulador es un punto en el que se une una sustancia determinada que regulará la reacción catalizada por el enzima. Los enzimas que tienen estos centros de regulación son los denominados enzimas alostéricos. Suelen ser proteínas oligoméricas que juegan un pael muy importante en la regulación del metabolismo 10. Isoenzimas - Son enzimas diferentes que catalizan el mismo proceso - Suelen presentar diferencias en sus parámetros cinéticos - Permiten una regulación muy precisa del metabolismo Bioquímica. Marc G. 40  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 11. Cofactores. Muchas enzimas requieren algún tipo de grupo extra que los ayude a actuar sobre el sustrato. Estos grupos son los denominados cofactores. Los cofactores son iones, normalmente metálicos, que son necesarios para que se dé la reacción. Algunos de esto iones pueden ser el K + o el Ni. A continuación, en la tabla, observamos en qué enzimas aparecen estos cofactores. Existen otros grupos que no son iónicos pero que son cofactores, a que son necesarios para que los enzimas puedan ejercer su función. Estos cofactores especiales los denominamos coenzimas, y son algunos como el fosfato pirodoxal. Los observamos en la siguiente tabla. Aquellos enzimas que tienen unido un cofactor los denominamos holoenzimas, mientras que los que no los tienen, es decir, que se encuentran en un estado no funcional o que no los requieren, los denominamos apoenzimas. Bioquímica. Marc G. 41  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 12. Clasificación de las enzimas a) Oxidoreductasas Son enzimas que participan en las reacciones en que se genera un proceso de oxidación-reducción, donde se transfieren electrones a través de los H. b) Transferasas Son enzimas que intervienen en reacciones en que se produce la transferencia de un grupo funcional, que pasa de una sustancia A a una sustancia B. c) Hidrolasas En este tipo de reacciones las enzimas catalizan procesos que tienen como sustrato el agua, que genera una rotura del enlace covalente. Bioquímica. Marc G. 42  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 d) Liasas Este tipo de reacciones se basan en añadir un grupo funcional a alguno de los átomos que se encuentra unido a otro por doble enlace e) Isomerasas Este tipo de reacciones son las que tienen una transferencia de un grupo funcional dentro de una misma molécula, de tal manera que se crearía un isómero. f) Ligasas Es la reacción basada en la unión de dos moléculas distintas a partir de la energía aportada por la hidrólisis de ATP. Cada enzima puede ser nombrada de 3 formas: Nombre propio Nombre Sistemático Número EC: EC_ _ _ _ (4 dígitos) Bioquímica. Marc G. 43  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 13. Mecanismos enzimáticos a) Mecanismo secuencial ordenado b) Mecanismo de ping-pong Bioquímica. Marc G. 44  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 5. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA 1. Mecanismos de regulación - A corto plazo o Regulación por inhibición enzimática o Regulación alostérica o Regulación covalente - A largo plazo Afecta a la concentración de la enzima regulando su biosíntesis/degradación 2. Regulación por inhibición enzimática a) Inhibición irreversible Es el mecanismo de acción de algunos fármacos y venenos. No es de utilidad en fisiología puesto que se establece enlace covalente entre el inhibidor y la enzima. Ej: Penicilinas se unen covalentemente a la transpeptidasa (enzima bacteriana) Bioquímica. Marc G. 45  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b) Inhibición Reversible Inhibición Competitva Se denominan competitivos porque tanto el I como el S compiten por tener lugar en el centro activo del enzima. Cuando el inhibidor se une al enzima se forma lo que denominamos complejo enzima -inhibidor (EI). No se forman complejos ESI Este tipo de inhibidores son una serie de moléculas similares a los sustratos, por lo que podrán acceder sin problemas en el centro activo del enzima. Son reversibles, ya que a concentraciones de sustrato elevadas será este el que actúe y no el inhibidor. En el caso de que sea el inhibidor el que esté en contacto con el enzima se establece un equilibrio con éste, de la misma manera que sucedía entre E + S y el complejo ES. Podemos evaluar que representaciones gráficas si comparáramos el proceso enzimático normal frente a diferentes concentraciones del inhibidor: Bioquímica. Marc G. 46  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 47  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Cuando representamos la inversa de la velocidad inicial respeto la inversa de la [S], lo que observamos es que, en variar la concentración de inhibidor, vamos obteniendo un seguido de rectas que tienen en común un puto de corte que coincide con el eje de la Y. El punto de corte con el eje de las Y nos indica el valor de la velocidad máxima, por lo que si todas las líneas pasan por el mismo sitio nos indica que la velocidad máxima de la reacción se mantiene constante independientemente del aumento de la [I]. Aunque no se afecte la velocidad máxima si que queda modificada la actividad enzimática. Observamos como la Km queda modificada en función del aumento de la [I]. A valores mayores de concentración de inhibidor mayor será el valor que tenga la K m , por lo que se perderá afinidad por el sustrato. Inhibición no competitiva En este caso el lugar de acción del inhibidor y el sustrato es diferente. Por lo tanto un aumento en la concentración de sustrato no conlleva al desplazamiento del inhibidor y por tanto la V max en presencia de inhibidor es más pequeña. Como la afinidad sustrato-enzima no se ve afectada, Km no cambia. Se pueden formar complejos ESI Podemos evaluar representaciones gráficas si comparáramos el proceso enzimático normal frente a la presencia de un inhibidor: Bioquímica. Marc G. 48  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 49  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Mecanismos reguladores de la actividad enzimática: regulación alostérica Los sitios alostéricos son zonas de la enzima con capacidad de reconocer y unir determinadas moléculas en la célula. Las uniones a las que dan lugar son débiles y no covalentes, y generan un cambio en la conformación estructural de la enzima que repercute en el sitio activo, afectando así a la velocidad de reacción de la enzima. Las interacciones alostéricas pueden tanto inhibir como activar enzimas, y son una forma muy común de controlar las enzimas en las células Los activadores alostéricos estabilizan la forma R (relajada) de la enzima aumentando su afinidad por el sustrato. Aumentan la velocidad de la reacción enzimática Los inhibidores alostéricos estabilizan la forma T (tensa) de la enzima dismunyendo su afinidad por el sustrato. Disminuyen la velocidad de la reacción enzimática Bioquímica. Marc G. 50  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Modificación covalente reversible La actividad enzimática puede ser regulada formando enlaces covalentes con ciertos grupos químicos. La fosforilación de las enzimas, es uno de los principales mecanismos de regulación de su actividad. Las proteinas quinasa son las encargadas de fosforilar esas enzimas. La fosforilación puede activar o inhibir a la enzima. Este proceso es reversible. Los AA fosforilables son la serina, la treonina y la tirosina. La acetilación de lisinas también es un proceso reversible que permite controlar la actividad de ciertas enzimas. Bioquímica. Marc G. 51  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Activación proteolítica (Modificación covalente irreversible) Zimógenos Las proteasas digestivas deben sintetizarse inactivas ya que si fueran activas desde el principio dañarían a la propia célula que las fabrica. Por lo tanto son fabricadas inactivas y mediante determinadas condiciones bioquímicas son alteradas y activadas funcionalmente. Estas enzimas que se sintetizan inactivas y necesitan ciertas condiciones para ser activas se denominan zimógenos. La activación proteolítica en el sistema digestivo se da en forma de cascada: Otros ejemplos de procesos donde participan cortes proteolíticos son la coagulación sanguínea y la fibrinólisis (degradación de la fibrina, coagulación) Bioquímica. Marc G. 52  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Control a nivel de síntesis y degradación (Control a largo plazo) Eso quiere decir que habrá una regulación en la síntesis o en la degradación de la enzima, pudiendo actuar en diferentes puntos críticos Bioquímica. Marc G. 53  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 6. INTRODUCCIÓN AL METABOLISMO 1. Principios de bioenergética: Energía libre. El metabolismo es la suma de todas las transformaciones químicas que se producen en una célula u organismo. La degradación de los combustibles y la síntesis de moléculas grandes se llevan a cabo paso a paso mediante una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente denominadas rutas metabólicas. 2. Reversibilidad e irreversibilidad de las reacciones bioquímicas. Reacciones reversibles: Son reacciones que tienen una energía libre de Gibbs cercana a 0. Variando las concentraciones de reactivos y/o productos conseguiremos que la reacción se desplace hacia reactivos o hacia productos. Reacciones irreversibles: Son reacciones que tienen una energía libre muy negativa y por tanto siempre estarán desplazadas hacia productos, de forma independiente de las concentraciones de reactivos y productos. 3. Reacciones acopladas. Las rutas metabólicas se forman gracias al acoplamiento de reacciones catalizadas por enzimas de manera que la variación de energía libre global sea negativa Bioquímica. Marc G. 54  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Papel central del ATP en la transferencia de energía. La forma activa del ATP es normalmente un complejo con Mg 2+ o Mn2+, que compensarían en cierta medida las cargas negativas de los fosfatos La hidròlisis del ATP es un proceso muy exergónico (favorable, espontáneo) ya que presenta un valor de Gº muy negativo. El proceso es tan espontáneo debido a: Repulsión electroestática en ATP Estabilización por resonancia de los productos (ADP y Pi) Estabilización por hidratación de los productos (ADP y Pi) El ATP se utiliza como donador inmediato de energía libre, no como una forma de almacenamiento de energía. En ejercicio intenso se llega a gastar 0,5 Kg ATP/minuto. Considerando que en el organismo tenemos una reserva de 0,1 Kg de ATP, parece claro que el organismo debe tener mecanismos que generen ATP de forma rápida (catabolismo). Bioquímica. Marc G. 55  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Durante el ejercicio, las fuentes que generan el ATP varían con el tiempo: 5. Fosforilación a nivel de sustrato Fosfocreatina (enlace fosfoamida) Formación de ATP Bioquímica. Marc G. 56  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 PEP (Fosfoenolpiruvato) (enlace éster fosfórico de enol) 1,3-BPG (enlace anhídrido) Bioquímica. Marc G. 57  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Anabolismo y catabolismo a) Las rutas catabólicas suministran energía química en forma de ATP, NADH, NADPH y FADH2. Estos transportadores de energía se utilizan en rutas anabólicas para convertir moléculas precursoras pequeñas en macromoléculas celulares. b) Algunas rutas pueden ser catabólicas o anabólicas en función de las necesidades de la célula (rutas anfibólicas). c) En general las rutas catabólicas son convergentes (cuello de botella es AcetilCoA y las anabólicas divergentes d) El hecho que las rutes catabólicas y anabólicas se den en compartimentos diferentes y que se diferencien en alguna reacción, hace possible su regulación y que no se den a la vez los dos procesos. e) El carbono de las moléculas combustibles se oxida hasta CO 2 y la energía liberada se utiliza para regenerar el ATP a partir de ADP y Pi. En este proceso se genera poder reductor (NADH y FADH2) y por tanto electrones, que serán transferidos al oxígeno (O2) en los organismos aerobios Bioquímica. Marc G. 58  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Carga Energética La [ATP] está tamponada y prácticamente es constante en la célula (varía poco). Aún así, hay enzimas muy sensibles a la [ATP] 8. Compartimentación subcelular Citosol: Matriu mitocondrial: Glicòlisi Cicle de l’àcid cítric (Krebs) Ruta pentoses fosfat Oxidació d’àcids grassos Síntesi d’àcids grassos Formació de cossos cetònics Participació de dos compartiments: Gluconeogènesi Síntesi d’urea Bioquímica. Marc G. 59  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 9. Perfiles metabólicos de los tejidos Cerebro o La glucosa es prácticamente su único combustible o En ayuno prolongado puede utilizar cuerpos cetónicos o No puede utilizar los lípidos porque no atraviesan la barrera hematoencefálica. Músculo esquelético Puede utilizar diferentes combustibles: o Glucosa. o Ácidos grasos. o Cuerpos cetónicos Puede almazenar dos tipos de sustancias para su propio consumo: o Glucógeno o Fosfocreatina Fetge o No utiliza la glucosa como combustible principal, la reserva para otros tejidos o Utilitza ácidos grasos y a-cetoácidos procedentes de la degradació dels aminoàcids. o Su función es mantener la homeostasis de la glucosa. o Tiene un importante almacén de glucosa en forma de glucógeno o En ayuno prolongado, cuando no hay glucosa disponible, sintetiza cuerpos cetónicos a partir de ácidos grasos y los exporta a la sangre 10. Moléculas transportadoras de electrones y de grupos activados: derivados de vitaminas. NAD+/NADH (Dinucleótido de adenina y nicotinamida) Bioquímica. Marc G. 60  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 FAD/FADH2 (Dinucleótido de adenina y flavina) La parte reactiva del FAD es el anillo de isoaloxazina NADP+/NADPH (Dinucleótido fosfato de adenina y nicotinamida) El NADPH suele participar en procesos biosintéticos como agente reductor Bioquímica. Marc G. 61  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Coenzima A Actúa como transportador de grupos acil (el grupo acilo de 2C se denomina acetil) Tabla resumen Bioquímica. Marc G. 62  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 63  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 7. BIOSEÑALIZACIÓN 1. Señalización hormonal Comunicación Yuxtacrina a) GAP-junctions Comunicación Endocrina (actuación global ya que la respuesta está provocada por concentración plasmática de hormona) pM - nM, (10-12 M - 10-9 M) Alta afinidad y selectividad del receptor Señalización duradera Comunicación Paracrina (campo de acción del orden de milímetros) nM - μM, (10-9 M - 10-6 M) Afinidad más baja del receptor Señalización rápida y localizada Comunicación Nerviosa Comunicación Autocrina 2. Transducción de la señal hormonal Las hormonas o moléculas señal pueden ser de dos tipos: f) Hidrofílicas: Interaccionan sobre receptores de membrana, produciéndose luego una transducción de señal y un efecto final -Hidrofóbicas: Son moléculas que interaccionan sobre receptores intracelulares (citosol, núcleo...) provocando un efecto. Bioquímica. Marc G. 64  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 65  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Receptores acoplados a proteínas G a. Vía del cAMP Generalidades - Receptor de membrana plasmática con siete segmentos helicoidales transmembrana - Proteína fijadora de nucleótido de guanosina (proteína G) - Enzima efector de membrana plasmática que genera un segundo mensajero intracelular. - Extremo N-terminal en exterior y C-terminal en interior Mecanismo de funcionamiento Bioquímica. Marc G. 66  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Inactivación - Hidrólisis del GTP.  se asocia con  y . Algunas toxinas (cólera) no permiten esa actividad GTPasa y constantemente esta activada la síntesis de AMPc - Hidrólisis del segundo mensajero (cAMP a 5’-AMP) por la fosfodiesterasa de AMPc (PDA). - Acción de las fosfoproteínas fosfatasas (PPP), anulan los efectos de la señalización, por defosforilación de las proteínas diana. - Desensibilización mediante fosforilación (ARK, kinasa del receptor beta adrenérgico) e interacción con arrestina, que se unen a receptor adrenérgico evitando la cascada bioquímica Bioquímica. Marc G. 67  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Biosíntesis del cAMP (AMPc) Familias proteínas G Bioquímica. Marc G. 68  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 b) Vía del IP3 Bioquímica. Marc G. 69  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 70  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 El calcio puede activar kinasas dependientes de calmodulina, que podrán fosforilar Thr y Ser de proteínas diana. La calmodulina es una proteína capaz de interaccionar con 4 átomos de calcio. Bioquímica. Marc G. 71  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Receptor ligado a insulina A la Akt también se la llama PKB (Protein kinasa B) Bioquímica. Marc G. 72  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 73  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 - Via de las MAP kinasas - Algunos tipos de diabetis resistente a insulina se debe a una mutación en el dominio citosólico del receptor que no permite la actividad tirosina-quinasa que dispara la señalización - En algunas neoplasias encontramos genes que codifican receptores mutados de factors de crecimiento con la actividad tirosina-quinasa permanentemente activada y genes que codifican proteínas G mutadas (Ras) que están activadas de forma permanente. Bioquímica. Marc G. 74  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 75  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 76  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 8. GLUCÓLISIS 1. Catabolismo i anabolismo de los glúcidos Bioquímica. Marc G. 77  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 2. Etapas de la glucólisis 1. Fase 1: Captación y preparación. Intervienen 2 proteínas quinasas [hexoquinasa(HK) y fosfofructoquinasa (PFK)], que hacen de la glucosa un metabolito más reactivo; además la glucosa 6-fosfato no puede atravesar la membrana celular, a diferencia de la glucosa. 2. Etapa 2 oxidación a piruvato con producción de ATP. El G3P se oxida a 1,3 bifosfoglicerato(1,3-BPG), compuesto de alta energía que impulsa la síntesis de ATP. Bioquímica. Marc G. 78  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 79  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Regulación de la glucólisis HK (Hexokinasa, músculo): Inhibición por producto (Glucosa-6P) - Km = 0,1mM GK (Glucokinasa): - No hay inhibición por producto - Km = 5mM - Activación alostérica por glucosa - Regulación por secuestro en el núcleo: o Cuando aumenta la concentración de Fru-6P en el hepatocito hay secuestro hacia el núcleo de la glucokinasa por parte de una proteína reguladora, inhibiendo la glucólisis o Cuando sube la Glu en el hepatocito la glucokinasa es transportada del núcleo hacia el citoplasma y así se activa la glucólisis Hexokinasa IV = Glucokinasa Bioquímica. Marc G. 80  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 PFK1 (Fosfofructokinasa 1) En Músculo - Inhibición alostérica por parte del ATP - La bajada del pH aumenta el poder inhibidor del ATP. Por lo tanto podemos decir que el lactato es inhibidor indirecto de la PFK1 (el lactato o ácido láctico provoca descenso del pH) En hígado - Inhibición alostérica por parte del ATP - El pH no regula la actividad de la PFK-1 en el hígado ya que no se forma lactato en el hígado - La Fructosa 2,6 bifosfato es un modulador positivo de la PFK1 - La presencia de Fructosa 2,6 bifosfato hace que el ATP sea un inhibidor menos potente de la PFK1 (aunque lo siga siendo...). Recordar que la PFK2 y la FBPasa2 (Fructosabifosfatasa 2) son dos actividades enzimáticas contenidas en la misma proteína (PFK2) - El citrato es un inhibidor de la PFK1 - La insulina activa una fosfoproteinfosfatasa que desfosforila PFK2/FBPasa2 aumentando la acción de la PFK2, por tanto aumenta la Fru-2,6-Bifosfato y por tanto activa la PFK-1 y por tanto activa la glucólisis Bioquímica. Marc G. 81  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 82  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 PK (Piruvato Kinasa) - Inhibición alostérica por ATP, alanina, acetilCoA y AG cadena larga - Activación por fructosa 1,6-bifosfato - Regulación por glucagón (Fosforilación) via AMPc y PKA solamente en hígado 4. Transporte de glucosa. Transportadores GLUT Son receptores de 12 hélices transmembrana presentes en las células. Bioquímica. Marc G. 83  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Destinos del piruvato Bioquímica. Marc G. 84  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Otros azúcares: fructosa, galactosa. - La Fructoquinasa tiene una KM para la fructosa más baja que la de la Hexoquinasa. - La Fructoquinasa también se expresa en intestino y músculo. - La entrada en el hígado de la fructosa predispone a la síntesis de lípidos. Bioquímica. Marc G. 85  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Efecto de la hipoxia Bioquímica. Marc G. 86  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 9. GLUCONEOGÉNESIS 1. Sustratos gluconeogénicos. - Síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos o bien del piruvato. - La gluconeogénesis tiene lugar fundamentalmente en hígado y en menor cuantía en riñon - Los principales precursores son el lactato, aminoácidos y glicerol. - Los ácidos grasos no son precursores de la gluconeogénesis - La gluconeogésis se da en la matriz mitocondrial (primera parte) y se completa en el citosol. De hecho: Bioquímica. Marc G. 87  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 2. Etapas diferentes entre glucólisis y gluconeogénesis. Bioquímica. Marc G. 88  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Piruvato Carboxilasa - Necesita biotina como coenzima - La biotina (Vitamina B7) se utiliza en reacciones de transferencia de CO2 y de carboxilacion. - Insuficiencia: dolor muscular, letargo, anorexia y depresión - Se sintetiza por la microflora del tracto intestinal - Se puede obtener de la dieta a partir de hígado, soja, nueces - La biotina no se carboxila a menos que la acetil-CoA este unido a la enzima. Bioquímica. Marc G. 89  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Compartimentación de la gluconeogénesis. - El oxalacetato se forma en la matriz mitocondrial por carboxilación, del piruvato por accion de la piruvato carboxilasa, y se utiliza en el citoplasma para la gluconeogénesis - El oxalacetato se convierte en el citosol a PEP por acción de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa (PEPCK) citosólica: Bioquímica. Marc G. 90  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Regulación coordinada entre glucólisis y gluconeogénesis. La premisa básica: cuando la glucosa se encuentra en abundancia predomina la glucólisis, cuando la glucosa escasea se impone la gluconeogénesis. Bioquímica. Marc G. 91  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Ciclos de sustrato Bioquímica. Marc G. 92  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Bioquímica. Marc G. 93  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Ciclo de Cori Bioquímica. Marc G. 94  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 8. Ciclo alanina-glucosa Bioquímica. Marc G. 95  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 10. COMPLEJO PIRUVATO-DESHIDROGENASA Y CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO (KREBS) 1. Conversión del piruvato en acetil-CoA. El piruvato entra en la mitocondria mediante un transportador i podrá transformarse en AcetilCoA. Este proceso necesita la acción de 3 enzimas y 5 coenzimas: Bioquímica. Marc G. 96  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Coenzima A - Derivado del ácid pantoténico (Vit B5) - Transportador de grupos acilo - Los grupos acilo se unen covalentmente al grupo tiol formando tioésteres NAD+ I FAD - Actúan como agentes oxidantes Ácido Lipoico/Lipoato - El ácido lipoico o lipoato puede actuar como transportador de electrons (hidrogen) y de acilos. Cuando está unido al enzima activo, decimos que está en forma de lipoamida (está formando un enllace amida con un residuo de lisina) Tiamina pirofosfato (TPP) - Importante en la ruptura de enlaces adyacentes a grupos carbonilo: o Descarboxilación de -cetoácidos o Reordenamintos químicos donde hay transferencia de un grupo aldehido activado desde un átomo de carbono a otro. - La falta de Vit B1 (Tiamina) desencadena el beri beri. Esto afecta a 3 enzimas que necesitan el TPP como coenzima: o Piruvato deshidrogenasa o -cetoglutarato DH (Krebs) o Transcetolasa (pentosas fosfato) Bioquímica. Marc G. 97  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 2. Etapas del proceso Piruvato deshidrogenasa (E1) Dihidrolipoil transacetilasa (E2) Dihidrolipoil deshidrogenasa (E3) Bioquímica. Marc G. 98  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Regulación de la piruvato-deshidrogenasa. Regulación alostérica - Inhibición por producto (NADH y AcetilCoA son inhibidores de la PDH (piruvato deshidrogenasa). AcetilCoA inhibe E2 i NADH E3 - Activación por parte del piruvato Regulación covalente - La forma activa de la PDH es la no fosforilada. Por tanto: - ATP, NADH y AcetilCoA activan la kinasa de la PDH y por tanto actúan como inhibidores - ADP, NAD+, Pir, CoASH inhiben la PDH kinasa y por tanto son moduladores positivos de la Piruvato deshidrogenasa - Ca+2, Mg+2, insulina, adrenalina son estimuladores de la PDH fosfatasa y por tanto son moduladores positivos de la enzima Bioquímica. Marc G. 99  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Fuentes y destinos del AcetilCoA En mamíferos, la formación de acetilCoA a partir de piruvato es un proceso irreversible; no podemos convertir acetilCoA en glucosa. La descarboxilación oxidativa del piruvato obliga a los átomos de carbono del acetilCoA a escoger uno de sus principales destinos: - Oxidación a CO2 (Krebs) - Biosíntesis de lípidos - Biosíntesis de aminoácidos - Ciclo del glioxilato (plantas) 5. Ciclo de Krebs Bioquímica. Marc G. 100  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Citrato Sintasa - Proteína dimérica - Cinética secuencial ordenada (1ero entra OAA y luego el AcetilCoA Bioquímica. Marc G. 101  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 -cetoglutarato deshidrogenasa − Complejo enzimático análogo a la PDH (PirDH) SuccinilCoA sintetasa (succinato tiokinasa) - Proporciona GTP - Dos subunidades alfa y dos beta - La subunidad alfa tiene una histidina fosforilable - La subunidad alfa presenta una región con plegamiento de Rossmann - La subunidad beta tiene un dominio cazador de ATP - El dador de fosfato es la histidina fosforilada (GDP=>GTP) Succinato Deshidrogenasa - Ferro-sulfo-proteína - Flavoproteína (asociada a FAD) - Está en la membrana mitocondrial interna (acoplada a cadena de transporte electrónico) Bioquímica. Marc G. 102  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Ruta anfibólica 7. Reacciones anapleróticas. Es el conjunto de reacciones que permiten resintetizar los intermedios de un ciclo bioquímico, consiguiendo que su concentración sea bastante estable. Bioquímica. Marc G. 103  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 8. Regulación del ciclo de Krebs Bioquímica. Marc G. 104  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 9. Ciclo del glioxilato. Se da en semillas de plantas, en un orgánulo denominado Glioxisoma. Aprovecha la energía del acetato. El succinato formado entraríaen Krebs para generar OAA que permita la gluconeogénesis. Bioquímica. Marc G. 105  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 11. Cadena de transporte electrónico y fosforilación oxidativa 1. Potencial redox i cambios de energía libre Para que el flujo de electrones sea espontáneo tiene que haber transferencia de electrones hacia sustancias con potencial de reducción cada vez mayor. Bioquímica. Marc G. 106  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 2. Cadena de transporte electrónico: complejos. Bioquímica. Marc G. 107  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Componentes móviles de la CTE: Citocromo C (CitC): Proteína soluble que se une a la membrana mitocondrial interna por interaccions electrostáticas. Tiene un grupo Hemo C. Ubiquinona: (Coenzima Q, Coenzima Q 10 ,Q): Derivado de la Quinona con larga cola de unidades de isoprenoides (10). Hidrofóbica (difunde por la bicapa lipídica de la membrana mitocondrial interna). 4. Proceso Complejo I: Los e- son transferidos de NADH a FMN, Complejos Fe-S y UBIQUINONA. Se bombean 4H+ hacia el espacio intermembrana Complejo II: Los e- son transferidos a complexos Fe-S y a UBIQUINONA Complejo III: Los e- son transferidos del UBIQUINOL (transportador de 2e -) a CITOCROM C (transportador de 1e-) a través de citocromos y complejos Fe-S. Se bombean 4H+ hacia el espacio intermembrana Complejo IV: 2e- son transferidos de Citocrom C a O2 per reducirlo a H2O. El complejo IV tiene grupos hemo A y también iones cobre. Se bombean 2H+ hacia el espacio intermembrana Bioquímica. Marc G. 108  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Acoplamiento entre la CTE y la fosforilación oxidativa. Bioquímica. Marc G. 109  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. ATPasa mitocondrial y fosforilación oxidativa. Los complejos ATP-Enzima se forman aunque no haya fuerza protomotriz L’ATP no abandona el centro activo si no hay fuerza protomotriz Cada giro de 360º conduce a la formación y liberación de 3 moléculas de ATP Para cada NADH que entra en la CTE se forman 2,5ATP Para cada FADH2 que entra en la CTE se forman 1,5ATP Los niveles de ADP mitocondrial controlan la velocidad de la fosforilación oxidativa (control respiratorio, control por aceptor). Por lo tanto relaciones altas ADP/ATP aumentan la velocidad de la fosforilación oxidativa. Bioquímica. Marc G. 110  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 7. Inhibidores del transporte de electrones y fosforilación oxidativa 8. HIF-1: Factor inducible por hipoxia En caso de hipoxia, no habrá bombeo de protones ni cesión electrónica al oxígeno. La ATP sintasa podría hidrolizar activamente ATP. Para evitarlo, el HIF-1 inhibe la ATP sintasa por formación de dímeros. 9. Desacoplamiento fisiológico (tejido adiposo marrón, termogenina) Bioquímica. Marc G. 111  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 10. La membrana mitocondrial como barrera: lanzadoras de NADH, ATP/ADP, translocasas y transportadores. Tranlocasas Bioquímica. Marc G. 112  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Lanzadera Malato-Aspartato Bioquímica. Marc G. 113  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Lanzadera del Glicerol-3-fosfato Bioquímica. Marc G. 114  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 11. DNA Mitocondrial y enfermedades mitocondriales. - DNA circular que codifica para ciertas enzimas útiles para Krebs, cadena de transporte electrónico y fosforilación oxidativa. - Se hereda de la madre - Mutaciones pueden provocar enfermedades graves: Diabetis peculiar LHON (Neuropatía óptica hereditaria de Leber): Se impide la transferencia electrónica del complejo I a la ubiquinona. Puede provocar lesión neuronal (nervio óptico) Cardiomiopatía hipertrófica Debilidad muscular Bioquímica. Marc G. 115  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 12. RUTA DE LES PENTOSAS FOSFATO 1. Introducción És un proceso citosólico 2. Rama oxidativa: producción de ribulosa-5-fosfato y NADPH. Bioquímica. Marc G. 116  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Rama no oxidativa. Bioquímica. Marc G. 117  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Regulación. El NADP+ es un regulador alostérico positivo de la G6PDH El NADPH es un inhibidor de la G6PDH 5. Flujo de glucosa-6-fosfato en función de les necesidades de NADPH, ribosa-5- fosfato y ATP. Se requiere Ribosa-5P y no NADPH Se requiere Ribosa-5P y NADPH Bioquímica. Marc G. 118  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Es requereix NADPH i no Ribosa 5-P Es requereix NADPH i ATP Bioquímica. Marc G. 119  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Favismo / Paludismo. Glutatión peroxidasa - El NADPH permite reducir el glutatión oxidado y por tanto regenera el agente destoxificante clave de los eritrocitos - La deficiencia de G-6-P DH produce una anemia hemolítica - Los eritrocitos con deficiència en Glu6PDH presentan cuerpos de Heinz (agregados de proteïnes por puentes dusulfuro) - Favismo (deficiencia en G-6-P DH) protege de la malaria Bioquímica. Marc G. 120  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 TEMA 13. METABOLISMO DEL GLUCÓGENO 1. Estructura i funció del glucógeno. Bioquímica. Marc G. 121  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 2. Degradación del glucógeno: la glucogeno-fosforilasa y su regulación. Bioquímica. Marc G. 122  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 3. Fosforólisis del extremo no reductor: GLUCÓGENO FOSFORILASA La acción transferasa y -1,6-glucosidasa están contenidas en una enzima bifuncional. La glucosa 6P muscular no puede generar glucosa libre porque el músculo no expresa glucosa-6-fosfatasa. La glucosa 6P si podrá generar glucosa libre en el hígado y en el riñón ya que sí se expresa la glucosa-6-fosfatasa Bioquímica. Marc G. 123  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 4. Síntesis del glucógeno: la glucógeno-sintasa y su regulación. UDP-glucosa pirofosforilasa Bioquímica. Marc G. 124  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 5. Glucógeno Sintasa La glucógeno sintasa alarga la cadena de glucógeno per el extremo no reductor si hay un mínimo de 4 residuos iniciales Ramificación La enzima ramificadora produce transferencia de un fragmento terminal de 6-7 residuos de glucosa desde el extrem no reductor de una rama de glucógeno de mínimo 11 residuos al C-6 de otro residuo, a una distancia mínima de 4 residuos de otra ramificación Bioquímica. Marc G. 125  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Formació del nucli inicial: Glucogenina Es capaz de unir a la tirosina 194 hasta 7 unidades de Glu mediante Glu-UDP de forma autocatalítica. La glucogenina presenta acción glucosil transferasa. La Glucogenina queda unida al extremo reductor de la molécula de glucógeno Balanç Bioquímica. Marc G. 126  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 6. Regulación coordinada del metabolismo del glucógeno en respuesta a señales hormonales. Glucógeno fosforilasa: Glucogenólisis Bioquímica. Marc G. 127  Av. Diagonal 635 www.topsabino.com 934913260 Regulación Muscular La adrenalina es un activado