201103_Modulo_bioquimica

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103BIOQUIMICA. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA 201103 BIOQUIMICA GOLDA MEYER TORRES VARGAS (Director Nacional) ALBERTO GARCIA JEREZ Acreditador DUITAMA ENERO DE 2011 1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El presente módulo fue diseñado en el año 1992 por los docentes Gerardo Pérez y Yolanda Navarro para la Universidad Nacional Abierta y a Distancia publicado por la División de Producción de materiales de la UNISUR. El presente módulo ha tenido una actualización, desarrollada por el Ingeniero Rubén Darío Munera en el 2007 quien ha sido tutor de la UNAD en el CEAD PALMIRA, y que se desempeñaba hasta el primer periodo de 2009 como el director nacional del curso. Para el segundo periodo de 2009, el modulo tiene su segunda actualización por Golda Meyer Torres Vargas, quien se ha desempeñado como tutora de la ECBTI del Cead de Duitama desde el 2006 y actualmente es la directora nacional del curos en mención. Para el 2010, nuevamente se actualiza el módulo pero permanecen intactos algunos temas de la unidad 1,2 y3 cuyos autores son docentes Gerardo Pérez y Yolanda Navarro y sobre estos temas los estudiantes pueden encontrar la complementación y actualización a cargo de Golda Meyer Torres Varga. En este mismo periodo, el Biólogo Alberto García Jerez, tutor del Cead de Bucaramanga, apoyó el proceso de revisión de estilo del módulo y dio aportes disciplinares, didácticos y pedagógicos en el proceso de acreditación de material didáctico desarrollado en el mes de enero 2010 y se mantiene la vigencia para el primer periodo de 2011. 2 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. TABLA DE CONTENIDO Introducción Unidad 1: Biomoléculas introducción Justificación Objetivos Contenido de la unidad Capítulo 1. Aminoácidos Lección 1: Estructura general y clasificación Lección 2: Aminoácidos no polares o hidrofobicos y aminoácidos polares no cargados Lección 3: Aminoácidos ácidos y básicos Lección 4: Propiedades acido básicas Lección 5: Pruebas cualitativas y cuantitativas para determinar aminoácidos y proteínas en laboratorio. Capitulo 2: péptidos y proteínas Lección 6: Péptidos Lección 7: Generalidades del enlace peptidico y niveles de estructuración Lección 8: Estructura primaria y Secundaria Lección 9: Estructura terciaria y cuaternaria Lección 10: Clasificación y Propiedades Fisicoquímicas Capitulo 3: Enzimas Lección 11: Características de la acción enzimática Lección 12: Cinética enzimática Lección 13: Factores que influencian la actividad enzimática Lección 14: Inhibición Enzimática Lección 15: Sitios activos de algunas enzimas Autoevaluación unidad 1 Lecturas recomendadas Bibliografía usada en la actualización de la unidad 1 Unidad didáctica 2: ácidos nucleicos y bioenergética Introducción Justificación Objetivos Contenido de la unidad Capitulo 4: estructura de bases, nucleósidos y nucleótidos Lección 16: Componentes de los ácidos nucleicos Lección 17: Estructura de bases Lección 18: Nucelósidos Lección 19: Nucleótidos Lección 20: Otros nucleótidos de interés bioquímico Capitulo 5: ácidos nucleicos Pág. 9 11 11 12 13 14 15 15 17 20 23 29 31 31 37 39 47 51 56 56 61 67 69 75 80 84 85 86 86 87 88 89 90 88 91 93 95 98 99 3 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Lección 21: Generalidades Lección 22: Estructura del ADN Lección 23: Complejidad y estructura supramacromolecular del DNA en el genoma Lección 24: RNA Lección 25: Estructura del RNA Capitulo 6: introducción al metabolismo y bioenergética Lección 26: Aspectos generales del metabolismo Lección 27: Bioenergética Lección 28: Energía libre de hidrólisis Lección 29: Potencial de transferencia de grupos fosfato Lección 30: Importancia del ATP Autoevaluación unidad 2 Lecturas recomendadas Bibliografía usada en la actualización de la unidad 2 Unidad didáctica 3: metabolismo: catabolismo y biosíntesis de Biomoléculas Introducción Justificación Objetivos Contenido de la unidad Capitulo 7: metabolismo de glúcidos Lección 31: Catabolismo de carbohidratos Lección 32: Fosforilación oxidativa y la vía del glicerol fosfato Lección 33: Balance global de la oxidación de glucosa y vía de las pentosas fosfato Lección 34: Generalidades de la biosíntesis de carbohidratos Lección 35: Gluconeogénesis Lección 36: Fotosíntesis y biosíntesis de polisacáridos Capitulo 8: metabolismo de lípidos Lección 37: Catabolismo de lípidos Lección 38: Balance de la degradación de ácidos grasos Lección 39: Catabolismo de fosfolípidos Lección 40: Catabolismo de colesterol Lección 41: Biosíntesis de lípidos Capitulo 9: metabolismo de aminoácidos Lección 42: Catabolismo Lección 43: Catabolismo de los grupos α-NH2 y α-COOLección 44: Catabolismo del esqueleto carbonado Lección 45: Eliminación del NH4 Lección 46: Biosíntesis Autoevaluación unidad 3 Lecturas recomendadas Bibliografia usada en la actualización de la unidad 3 Bibliografía usada en la elaboración del modulo edición 1 (Pérez, g. navarro, y. (1992). bioquímica. santa fe de Bogotá dc: Unisur.) 100 101 106 108 109 113 114 115 120 122 123 126 128 125 130 130 131 132 134 135 136 150 160 165 167 172 182 183 195 197 199 201 212 213 214 216 217 222 227 232 233 234 4 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. en humanos 16 17 19 21 21 25 27 29 59 60 60 60 95 97 101 122 151 152 172 180 223 5 . LISTA DE TABLAS Tabla 1: aminoácidos esenciales y no esenciales Tabla 2: Aminoácidos hidrofobicos Tabla 3: Aminoácidos polares no cargados Tabla 4: Aminoácidos ácidos Tabla 5: Aminoácidos básicos Tabla 6: Estructuras de la Ala en función del pH Tabla 7: Relación entre el pH y la estructura del Glu Tabla 8 :Propiedades físicas de los aminoácidos Tabla 9: Acción de algunas enzimas sobre la amilopectina. Tabla 11 : Subclases de hidrolasas Tabla 12: Sub-subclases de las proteasas Tabla 13: ribonucleósidos y desoxirribonulceosidos presentes en los ácidos nucleicos Tabla 14: nucleótidos que se encuentran en los ácidos nucleicos Tabla 15: Diferencias entre DNA y RNA Tabla 16: Valores de ∆G0’ de hidrólisis y de Potencial de Transferencia de Grupos PTG para algunos metabolitos fosforados Tabla 17: Potenciales de reducción estándar de algunos metabolitos y transportadores de la cadena de electrones Tabla 18: Algunas propiedades fisicoquímicas de los citocromos de la fosforilación oxidativa Tabla 19: Organismos fotosintéticos Tabla 20 : Precursores usados en la biosíntesis de polisacáridos Tabla 21: Clasificación de los AA esenciales o no. Tabla 10: Clases principales de enzimas. LISTA DE FIGURAS Figura 1: aminoácido en forma de ión Zwitterion Figura 2: estructuras según el pH de los aminoácidos Figura 3: Curva de titulación de un aminoácido con grupo R no cargado Figura 4: Curva de titulación del Glu Figura 5: Representación coplanar del enlace peptídico Figura 6: Formación del enlace peptídico. Figura 7. His. Ángulos de torsión del enlace peptídico Figura 8: Secuencia de AA de la insulina bovina Figura 9: Esquema simplificado de la insulina Figura 10 : Puentes de hidrógeno en un polipéptido con estructura extendida Figura11: Estructura en hoja plegada Figura 12: Empaquetamiento de grupos R en la fibroina Figura 13: Estructura de α-hélice Figura 14: Tipos de enlaces que mantienen la estructura terciaria de las proteínas Figura 15: Estructura del grupo hemo Figura16: Estructura cuaternaria de la hemoglobina Figura 17 : Solubilidad de las proteínas en función de la fuerza iónica Figura 18: Velocidad de transformación del sustrato en función de S Figura 19: Efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de una reacción Enzimática. Figura 20: Representación gráfica según Lineweaver-Burk de v vs [S] Figura 21: Ejemplos de actividad de algunas enzimas en función del pH Figura 22: Catálisis enzimática inhibida competitivamente Figura 23: Cinética de una enzima inhibida no competitivamente Figura 24: Representación según Lineweaver-Burk de la inhibición no competitiva Figura 25: Representación de la inhibición Incompetitiva Figura 26: Sistema “relay” Ser. Asp en quimotripsina Figura 27: Sitio activo de la carboxipeptidasa A Figura 28: Sitio activo de la lisozima Figura 29: Formación de monómeros de los ácidos nucleicos Figura 30: Pentosas presentes en los ácidos nucleicos Figura 31: Enlace N-glicosídico de los nucelósidos Figura 32: estructura del AMP Figura 33: estructuras de difosfatos de nucleósidos Figura 34: Estructura fundamental de un segmento de una cadena de DNA Figura 35: Asociación de las bases complementarias en el DNA Figura 36: Estructura en doble hélice del DNA Figura 37: Estructura fundamental de un segmento de RNA Figura 38: Estructura general en hoja de trébol de t-RNA Figura 39: Estructura terciaria del t-RNA para Phe Figura 40 : Ciclo global del C y O en la biosfera 16 23 24 26 31 37 38 40 41 42 43 44 45 47 49 50 53 60 62 63 66 69 71 71 72 74 75 77 89 91 92 93 96 101 103 104 108 109 110 114 6 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 68 Ciclo de la Urea Figura 69: Biosíntesis de Thr y Met 7 . Figura 41 : Ciclo global del N en la biósfera Figura 42: Flujo de grupos P 114 121 135 136 138 142 144 145 152 153 156 159 163 167 169 170 172 174 185 189 193 194 195 197 201 204 205 211 215 218 y situación intermedia del ATP Figura 42: Carbohidratos proveedores de las hexosas que nutren la glicólisis Figura 43: Esquema de la vía glicolítica Figura 44: Papel del NAD en las reacciones de óxido-reducción Figura 45: Oxidación del piruvato en acetato por acción del complejo de la piruvato deshidrogenada Figura 46: Esquema del ciclo de Krebs Figura 47: Estructura y modo de acción de la Flavinadenin dinucleótido (FAD) Figura 48: Fosforilación oxidativa en Mitocondrias Figura 49: Fosforilación oxidativa en procariotes Figura 50: Esquema de la vía del glicerol-fosfato Figura 51: Vía de las pentosas fosfato Figura 52: Secuencias de las reacciones de la gluconeogénesis Figura 53: Esquema del ciclo del glioxilato Figura 54: Esquema de un cloroplasto Figura 55: Estructura de clorofilas y carotenos Figura 56: Etapa luminosa de la fotosíntesis Figura 57: Esquema de la etapa oscura de la fotosíntesis Figura 58: Esquema de la β-oxidación de ácidos grasos saturados Figura 59: Esquema de β-oxidación de ácidos grasos ramificados Figura 60: Productos resultantes de la degradación de la Lecitina por fosfolipasas Figura 61 : Estructura del colesterol Figura 62 : Principales productos del catabolismo del colesterol Figura 63: Transporte de Acetil-CoA mitocondrial al citoplasma Figura 64: Esquema de las reacciones de biosíntesis de ácidos grasos Figura 65: Esquema de la biosíntesis de triglicéridos y fosfoglicéridos Figura 66: Principales intermediarios en la biosíntesis del colesterol Figura 67: Convergencia de los esqueletos carbonados de los AA al ciclo de Krebs.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. ABREVIATURAS Glc Frc Gal (Glc)n Glc-1-P Glc-6-P Frc-6-P Frc-1,6-P Frc-1,6-DIP 3-PDHA 3-P-Gal 1,3-di-P-Gato 3-P-Gato 2-P-Gato PEP PTT NAD FAD FMN NADP 6-P-gluconato Ribulosa-5-P Xil-5-P Rib-5-P Glucosa Fructosa Galactosa Glucógeno con n unidades de glucosa Glucosa1-1fosfato Glucosa 6-fosfato Furctosa-6-fosfato Fructosa 1,6-Fosfato Fructosa 1,6-difosfato 3-fosfohidroxiacetona (ó dihidroxiacetona-3-fosfato). 3-fosfo-gliceraldehido ( ó gliceraldehido-3-fosfato) 1,3-difosfoglicerato (glicerato-1,3-difosfato). 3-fosfoglicerato (ó glicerato-3-3fosfato). 2-fosfoglicerato (ó glicerato- 2-3fosfato). Fosfoenolpiruvato Pirofosfato de tiamina Nicotinamida-adenin-dinucleótido Flavin adenin- dinucleótido Flavinmononucleótido Fosfato de nicotinamida adenin dinucleótido 6-fosfogluconato (o glucónico-6-fosfato). Ribulosa-5-fosfato Cilulosa-5-fosfato Ribosa-5-fosfato 8 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. INTRODUCCIÓN La bioquímica es una ciencia que comenzó a emerger desde comienzos del siglo pasado. Es frecuentemente descrita como el estudio de la química de la vida e incluye el estudio de todas las formas de vida y utiliza los conceptos básicos derivados de la biología, química, física y matemáticas. Con este módulo se pretende que el estudiante se prepare en los conocimientos básicos acerca de las Biomoléculas y su metabolismo a través de la comprensión de las interacciones entre ellas, reconozca los aminoácidos como unidades estructurales de las proteínas, identifique las bases conceptuales básicas a través del estudio sistemático de nociones, conceptos y problemáticas que configuran el campo general de la bioquímica y que fortalezca los conocimientos adquiridos a través de las diferentes prácticas de laboratorio que se van a realizar. Se espera que después de estudiar este módulo el estudiante analice adecuadamente las vías metabólicas más importantes con referencia a su importancia relativa en el conjunto del metabolismo y las correlaciona con otras vías; distingue las transformaciones sufridas por los nutrientes como resultado de la acción de agentes físicos, químicos o biológicos. En vista de la importancia de este curso académico y teniendo en cuenta que algunos estudiantes que ingresan a la Universidad Nacional Abierta y a Distancia, UNAD, son personas que generalmente han dejado pasar un tiempo después que terminaron sus estudios secundarios para luego ingresar a la universidad, se ha diseñado un texto con la didáctica necesaria para que sus contenidos sean aprendidos teniendo en cuenta los fundamentos básicos del aprendizaje autónomo. Las unidades didácticas que conforman el curso son: 1) Biomoléculas, 2) Ácidos nucleicos y bioenergética y 3) metabolismo: catabolismo y biosintesis de Biomoléculas. El trabajo académico consta de dos componentes a saber: el estudio Independiente, el cual puede ser realizado en trabajos a nivel personal y el trabajo en pequeños grupos colaborativos que son los espacios donde se inicia el verdadero autoaprendizaje; el segundo componente es el acompañamiento tutorial, donde se desarrollan tutorías a nivel individual, en pequeños grupos colaborativos o a nivel de grupo de curso. La Bioquímica es, comparativamente con otras áreas del conocimiento, una disciplina científica joven, que integra múltiples conceptos de la Física, la Química y la Biología en un cuerpo coherente de generalizaciones que permiten comprender cómo operan los organismos vivientes. Sus puntos de contacto con otras áreas son múltiples y no siempre es fácil establecer las fronteras respectivas. 9 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La comprensión de las propiedades estructurales y funcionales de las principales moléculas que intervienen como constituyentes de los alimentos y del papel que ellas juegan en el metabolismo, nos proporciona criterios para juzgar el valor nutritivo de un alimento de uso común o de una fuente nutricional potencialmente utilizable. Desde el punto de vista tecnológico, los conceptos bioquímicos son claves para una correcta interpretación y una predicción acertada de las trasformaciones sufridas por los nutrientes como resultado de agentes físicos, químicos y biológicos. Estos puntos justifican de por sí la necesidad de disponer de un bagaje bioquímico mínimo. Para facilitar la comprensión e ir profundizando gradualmente, se ha adoptado la estrategia de discutir en los capítulos iniciales las características estructurales y el comportamiento de las macromoléculas biológicas. Para finalizar esta introducción quisiera dirigir un comentario a los estudiantes que usarán este módulo. La complejidad aparente de la Bioquímica se reduce considerablemente cuando en su estudio se comparan sistemáticamente las vías biosintéticas con las degradativas, se aplican los principios generales del metabolismo y se tienen en mente los puntos ya mencionados en el enfoque global. Es mejor hacer énfasis en las transformaciones generales y no en la secuencia detallada de reacciones; poco a poco ésta se irá incorporando a sus conocimientos. ¡Buen trabajo y mucho ánimo! 10 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. UNIDAD 1: BIOMOLÉCULAS INTRODUCCION En esta unidad, se encuentran los conceptos básicos que un estudiante de Bioquímica debe manejar, como son las generalidades, clasificación y estructura de aminoácidos, proteínas y enzimas. En esta unidad no se consideran las Biomoléculas carbohidratos y lípidos, ya que el espacio para estos conceptos es la unidad 3. Es de vital importancia para los estudiantes de la formación profesional y técnica de los programas de ingeniería de alimentos, agroforestal, agronómica, zootecnia, producción animal y regentes de farmacia, el manejo y comprensión de los temas que en esta unidad se presentan; los nexos de la bioquímica con estos campos disciplinares se derivan en que la bioquímica como parte de las ciencias biológicas maneja los conceptos teóricos derivados de investigaciones en donde se explican el funcionamiento y mecanismos químicos a nivel celular para el mantenimiento de los procesos vitales de organismo de origen vegetal y animal. Conocer las generalidades, clasificación y estructura de aminoácidos, proteínas y enzimas, conlleva a los estudiantes de los programas mencionados, a comprender el cómo los organismos utilizan estas Biomoléculas para sus procesos de desarrollo, nutrición y reproducción, para ello debe conocer que las proteínas están constituidas por aminoácidos y que las proteínas intervienen en un número importante de las reacciones a nivel celular y que este tipo de mecanismo químico se realizan a grandes velocidades gracias a los catalizadores que se encuentran en los sistemas biológicos como son las enzimas. Los estudiantes deben relacionar los conceptos teóricos con la aplicación en contexto real de sus profesiones. Para el área de alimentos, estás Biomoléculas marcan la pauta en términos de alimentos funcionales con calidad proteína y calidad técnica. Para el área de los zootecnistas y tecnólogos en producción animal, la nutrición y formulación de dietas a base de proteínas juega un papel importante en la producción de carne y otros subproductos. Para los profesionales de las áreas de ciencias agrarias, el saber los conceptos de Biomoléculas les facilita entender la fisiología y morfología vegetal. Para los regentes de farmacia el saber sobre Biomoléculas les puede facilitar el manejo de medicamento y el mecanismo de acción de los principios activos que contiene. El estudio detallado de la unidad puede conducir a los estudiantes a plantear procesos y proyectos que conduzcan a fomentar la cultura investigativa. 11 zootecnia y producción animal. 12 . Biología y microbiología. Su estructuración permite al estudiante comprender los conceptos sobre las generalidades. proteínas y enzimas. proteínas y enzimas. agroforestal. química orgánica. temas que en primera instancia no son fáciles de asimilar y se necesitan de la activación metacógnitiva de presaberes de cursos como química general. clasificación y estructura de aminoácidos. temáticas que serán de gran importancia en el perfil profesional de los estudiantes de ingeniería de alimentos. agronómica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Es preciso el diseño de esta unidad porque se presentan los conceptos sobre aminoácidos. JUSTIFICACION El desarrollo de esta unidad se hace necesario en el curso de bioquímica porque contiene las temáticas básicas para los estudiantes que toman cursos de las ciencias básicas referentes a la compresión de contextos de las ciencias biológicas. temperatura. Identificar los sitios activos de algunas de las principales enzimas. Identificar las interacciones que mantienen la estructura terciaria de una proteína.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Comparar las características de cada uno de los tipos de estructura secundaria. Ilustrar la clasificación de las enzimas basada en las clases de reacciones catalizadas. CAPITULO 2: PÉPTIDOS Y PROTEINAS • • • • • • • • • Describir las características del enlace peptídico. Reconocer los tipos de rupturas que pueden sufrir los péptidos. Explicar los diferentes niveles de organización estructural de las proteínas. Explicar las relaciones existentes entre la estructura y la función de las proteínas usadas como modelo. CAPITULO 3: ENZIMAS • • • • • • Identificar las características de la acción enzimática. Reconocer la correlación entre la estructura y la función de los péptidos. tomando como base la naturaleza de sus cadenas laterales. OBEJTIVOS CAPITULO 1: AMINOÁCIDOS • • Diferenciar los tipos de aminoácidos existentes. Establecer las diferencias entre los distintos tipos de inhibición. Analizar el comportamiento cinético de las enzimas. Identificar las principales actividades biológicas de los péptidos. Analizar el comportamiento anfótero de los péptidos en términos de su composición en aminoácidos. 13 . Interpretar los cambios de actividad enzimática debidas a la influencia del pH. efectores. Establecer las relaciones existentes entre las curvas de titulación de los aminoácidos y sus valores de pKa y pl. CONTENIDO DE LA UNIDAD CAPITULO 1: AMINOÁCIDOS CAPITULO 2: PÉPTIDOS Y PROTEINAS CAPITULO 3: ENZIMAS 14 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. forma. Un aminoácido consta de un grupo amino. un grupo carboxílico.segunda edición (2009). CAPITULO 1: Aminoácidos En este capítulo el estudiante puede encontrar en forma clara y concreta la estructura general de las unidades formadoras de las proteínas. enlazado al átomo de carbono que se llama el carbono α (alfa). carga. Veinte tipos de cadenas laterales de aminoácidos que varían en tamaño. a pH neutro.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Las propiedades de las proteínas están en función de su composición y conformación de los aminoácidos que las componen de ahí que se deba tener especial atención en las propiedades químicas y físicas de tales compuestos. Se debe recordar que los aminoácidos en disolución (propiedades ácido-básicas). los aminoácidos son las unidades estructurales básicas de las proteínas. el grupo R se refiere a la cadena lateral que serán la identificación del aminoácido en la cadena proteica. un átomo de hidrogeno y un grupo distinto R.. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. Los aminoácidos se encuentran unidos en la molécula de la proteína por enlaces peptídicos (. 15 . Lección 1: Estructura general y clasificación 1.CO-NH-) que se forman por condensación de α. las pruebas que pueden aplicarse a nivel de laboratorio para su identificación. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. son predominante iones dipolares (zwitteriones).COOH de un aminoácido con el α-NH2 de otro. mientras que el término proteína se usan generalmente para polímeros de peso molecular grande. se encuentran comúnmente en las proteínas1. Ruth (2009). En la forma dipolar de un aminoácido el grupo amino esta protonado y el grupo carboxilo esta disociado: 1 Ramírez. Química de alimentos.1 estructura General De acuerdo a Ramírez. la clasificación de acuerdo a las características de su cadena lateral en relación a su polaridad. capacidad de enlace de hidrogeno y reactividad química. Cuando varios aminoácidos se unen para dar un polímetro de bajo peso molecular éste se conoce como polipéptido. R. Bioquímica. Dentro del grupo de aminoácidos comúnmente encontrados en los alimentos son clasificados en dos grupos: TABLA 1: aminoácidos esenciales y no esenciales Esenciales Treonina Metionina Leucina Valina Lisina Arginina Fenilalanina Histidina Isoleucina Triptófano Serina Alanina Glicina Ácido glutámico Äcido aspártico Prolina Cisteína Tirosina No esenciales Fuente: Plumer. presencia o no de cargas positivas y negativas.htm 1. Yolanda.uah. 16 .2: Clasificación Desde el punto de vista fisiológico.alimentario. Navarro. o considerando criterios que tienen que ver con su polaridad. todo a lo cual este comportamiento depende de la naturaleza de la cadena lateral o grupo (R)2 2 Peréz. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Londres: McGraw Hill.D (1981). Gerardo.org/wiki/aminoácido CONSULTA EL SIGUIENTE ENLACE VIRTUAL PARA PROFUNDIZAR EN EL TEMA: http://biomodel. es importante saber si determinados aminoácidos son esenciales o no para el hombre y los animales. Figura 1: aminoácido en forma de ión Zwitterion. (2005). Navarro Yolanda presenta la clasificación de los aminoácidos de acuerdo a la relación de grupos COO-/NH3+.wikipedia.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.es/model1j/prot/inicio. Bioquímica práctica. Gerardo Pérez. Fuente: http://es. presencia o no de cargas positivas o negativas. depende de la naturaleza de su cadena lateral (o grupo R). Navarro Y. todo lo cual. Nombre Estructura Alanina Valina 17 . (1992).1 Aminoácidos no polares o hidrofobicos En estos aminoácidos la cadena lateral.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. o considerando criterios que tienen que ver con su polaridad. en último término. La clasificación de los aminoácidos proteínicos se puede hacer teniendo en cuenta la relación de grupos COO-/NH3+. Bioquímica. Santa fé de Bogotá. G.: Unisur. alifática o aromática. no tiene grupos que interactúen fácilmente con solventes acuosos y de ahí el nombre de hidrofobicos. A este grupo pertenecen los siguientes aminoácidos: Tabla 2: Aminoácidos hidrofobicos Aminoácido Alanina Valina Leucina Isoleucina Abreviatura Ala Val Leu Ile Aminoácido Prolina Fenilanina Triptófano Metionina Abreviatura Pro Phe Trp Met Fuente: Pérez. Estos criterios serán continuamente utilizados en las siguientes unidades y por ello es importante identificar los diferentes aminoácidos de acuerdo con la siguiente clasificación (ver lecciones 2 y 3): Lección 2: Aminoácidos no polares o hidrofobicos y aminoácidos polares no cargados 2. Leucin a Isoleucina Cisteina Prolina Fenilalanina Triptófano 18 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. R.5 y 7. es decir.: Unisur. Nombre Estructura Glicina Serina 19 . Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Bioquímica. (1992). Aquí incluimos los siguientes AA: Tabla 3: Aminoácidos polares no cargados Aminoácido Glicina Serina Treonina Cisteina Cistina Abreviatura Gly Ser Thr CySH CySSCy Aminoácido Tirosina Asparagina Glutamina Hidroxi prolina Abreviatura Tyr Asn Gln OH .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.0.. 2. Santa fé de Bogotá.Pro Fuente: Pérez. G.segunda edición (2009). estos AA se solubilizan con mayor facilidad en solventes acuosos y su grupo R no posee cargas positivas o negativas a pH fisiológico. pH cercanos a 6. Navarro Y. Química de alimentos.2 Aminoácidos polares no cargados A diferencia de los anteriores. Metionina Fuente: Ramírez. R.1 Aminoácidos ácidos Se caracterizan porque su grupo R -(COOH) está cargado negativamente a pH fisiológico. Química de alimentos. Los aminoácidos con sus respectivos pKa son: 20 . Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia.segunda edición (2009).. Treonina Tirosina Asparagina Glutamina Fuente: Ramírez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Lección 3: Aminoácidos ácidos y básicos 3. Navarro Y.0 10..9 4.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. R. En consecuencia.: Unisur. Santa fé de Bogotá.5 Fuente: Pérez.5 12. Fuente: Ramírez. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. G. (1992).2 Aminoácidos básicos En ellos. el grupo R (generalmente —NH) está cargado positivamente a pH fisiológico. 3. (1992). estos aminoácidos pierden su carga únicamente a pH bastante ácido y en su forma libre o como constituyentes de las proteínas están cargados negativamente. Química de alimentos. Santa fe de Bogotá.: Unisur.2 Fuente: Pérez. Bioquímica. G. A este grupo pertenece: Tabla 5: Aminoácidos básicos Aminoácido Histidina Lisina Arginina Abreviatura His Lys Arg pKa 6. Bioquímica.segunda edición (2009). Navarro Y. Tabla 4: Aminoácidos ácidos Aminoácido Abreviatura Aspártico Asp Glutámico Glu pKa 3. 21 . ESTUDIANTES DE NUTRICIÓN ANIMAL Y ZOOTECNIA: CONSULTA VIDEO VIRTUAL QUE ESTA EN LA PÁGINA PRINCIPAL DEL CURSO SOBRE LA IMPORTANCIA DE LOS AMINOACIDOS EN LA DIETA ANIMAL.segunda edición (2009). Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. PORTAFOLIO DEL CURSO. Fuente: Ramírez. UTILIZA LA HERRAMIENTA DEL 22 . CUÁL SERÍA LA IMPORTANCIA Y EL PAPEL DE LOS AMINOACIDOS EN EL PROCESADO DE ALIMENTOS.. R. NUTRICION VEGETAL Y EN EL DISEÑO DE MEDICAMENTOS? ANIMATE A EMPEZAR LA REFLEXIÓN.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. ESTUDIANTES DE INGENIERIA DE ALIMENTOS. PARA ELLO CURSO VIRTUAL: WIKI. Química de alimentos. REGENCIA Y AGRARIAS: DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL PERFIL PROFESIONAL DE CADA UNO. Fuente: http://es. Lección 4: Propiedades acido básicas Biológicamente la actitud de los aminoácidos a la ionización es muy importante y facilita el análisis cuantitativo. solubilidad en agua.org/wiki/Amino%C3%A1cido 23 . se dice entonces que al pH donde esta carga sea igual cero se designa como el punto isoeléctrico (pI). Cuando el aminoácido esta en forma de Zwiteriones (el grupo carboxilo ionizado y el grupo amino protonado).org/wiki/aminoácido Cuando un aminoácido esta disuelto en agua. Algunas de las propiedades de los aminoácidos (punto de fusión. estas moléculas son anfóteras. y a pH alto (básico) se encuentran en su forma aniónica (con carga negativa). momentos dipolares ) se debe a la distribución dispar de sus cargas eléctricas en solución acuosa.wikipedia. Así todos los aminoácidos en solución acuosa a un pH próximo a la neutralidad están bajo la forma de “iones Zwitteriones”. existe un pH específico para cada aminoácido. Figura 2: estructuras según el pH de los aminoácidos.wikipedia. donde la carga positiva y la carga negativa son de la misma magnitud y el conjunto de la molécula es eléctricamente neutro. la carga eléctrica global es igual a cero. se puede comportar según el pH en como ácido o como base: Los aminoácidos a pH bajo (ácido) se encuentran mayoritariamente en su forma catiónica (con carga positiva). En este estado se dice que el aminoácido se encuentra en su forma de ion dipolar o zwitterión. Sin embargo. Tomado de: http://es. En otros términos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Navarro Y. donde los únicos grupos que en un momento dado pueden tener carga. G. El AA usado como ejemplo es la Ala. Figura 3: Curva de titulación de un aminoácido con grupo R no cargado Pérez. el comportamiento anfótero de cada uno de los aminoácidos y sus valores de punto isoeléctrico (pl) son una consecuencia de su estructura particular. La siguiente tabla ilustra la situación que se presenta en cada punto identificado: 24 . Las curvas de titulación para aminoácidos no polares o polares no cargados. Bioquímica. son el α-COOH y el α-NH2. Vamos a complementar estos conceptos con el análisis de las curvas de titulación típicas que se obtienen al considerar la disociación sucesiva de los grupos. Para Gerardo Pérez y Navarro Yolanda.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. (1992).: Unisur. dependiendo del pH de la solución. Santa fe de Bogotá. se pueden ver en la figura 3. (α-COOH) 3 pl 4 pK2. siendo mayor a medida que el pH es más ácido y a pH superiores al pl. podemos representar la curva de titulación así: 25 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. la carga neta del 100% de moléculas es cero (máxima concentración del Zwitterion). Santa fe de Bogotá. Podemos observar que al pH que corresponde al pl. Navarro Y. (α-NH2) 5 pH >> pK2 Tabla 6: Estructuras de la Ala en función del pH Pérez. (1992). Notamos además que las zonas en que estos AA tienen capacidad buffer. a pH inferiores al pl. Punto Estructura 1 Corresponde a pH << pK1 2 Pk1. Bioquímica. se sitúan en las cercanías de pK1 y pK2.: Unisur. más y más moléculas están cargadas negativamente mientras más básico es el pH. Para un aminoácido ácido (Glu en este caso). G. un cierto porcentaje de moléculas tiene carga neta positiva. Navarro Y.0. (1992). Santa fe de Bogotá. pero están desplazadas hacia pH más altos y su análisis es similar. Al comparar su curva de disociación con la de la Ala. G.0 a 7. Si se conocen los valores de pK de cada grupo y el pl (que se pueden determinar experimentalmente) podemos proceder en forma inversa y representar las curvas de disociación.2 (que corresponde al pH del punto 3 en la gráfica). Figura 4: Curva de titulación del Glu Pérez. Bioquímica. 26 .: Unisur.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. valor que indica que el Glu es un aminoácido ácido pues el pl está muy alejado del rango 6. Las curvas de titulación obtenidas para los AA básicos muestran también inflexiones más marcadas. será positiva. su carga neta a pH superiores a su pl será negativa y a pH inferiores. Al calcular el pl vemos que es igual a 3. La tabla 7 muestra lo que ocurre en cada uno de los puntos indicados en la figura 4. vemos que en la región ácida las inflexiones son menos fuertes. Punto Estructura 1 Corresponde a pH << pK1 2 Pk1. Navarro Y. Bioquímica. 27 . Santa fe de Bogotá.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. G.7 (α-NH2) 5 pH >> pK3 6 Tabla 7: Relación entre el pH y la estructura del Glu Pérez. (1992).: Unisur. (α-COOH) 3 pl 4 pK2 = 4.2 (grupo R) pK3 = 9. En síntesis: El estado de ionización de un aminoácido varía con el pH y en relación su Pka.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.3 y el de la segunda esta a pH = 9.6 para el grupo amino. España: Acribia. estos serán muy útiles para entender las propiedades de polímeros integrados por aminoácidos (péptidos y proteínas). En disolución ácida por ejemplo a un pH 1.0 el grupo carboxílico no está disociado pero el grupo amino si esta protonado (.0 y a pH 4.1 Cheftel. Proteínas alimentarías.0 el grupo carboxilo esta ionizado (COO-) y el grupo amino esta desprotonado.0 presenta un pK1= 2. a 260 nm debido a que sus grupos R son aromáticos.2 presenta un pK2= 4.NH3 +). se suman y se dividen por dos: Ejemplo.3 para el grupo carboxílico y un pka 9. Jean (1998). péptidos y proteínas en soluciones en que no haya otras moléculas que absorben a estas longitudes de onda. (Tabla 8).6. En disolución alcalina por ejemplo a pH 11.0 + 4. Las consideraciones anteriores además de que permiten comprender mejor el comportamiento ácido-base de los aminoácidos en solución. En una forma más clara mencionemos el caso de la glicina donde posee un pKa de 2. Jean presenta las siguientes propiedades de los aminoácidos3: 3 Cheftel. Los aminoácidos no presentan absorción en la zona del espectro visible por no poseer cromóforos y los únicos que absorben en el ultravioleta son el Trp y la Tyr a 280 nm y la Phe.2 pI = 2. ver tabla 7: pI para el ácido glutámico: a pH 2. Calculo del punto isoeléctrico de una aminoácido: Es el pH que este en medio de los valores de pKa de ambos lados de la especie isoiónica. Esta propiedad se aprovecha para detectar aminoácidos.2/ 2 = 3. en menor grado. 28 . esto quiere decir que el punto medio de la primera ionización ocurre a pH = 2. 8 Lección 5: Pruebas cualitativas y aminoácidos y proteínas en laboratorio.28 8.82 9. 10.0.41 Ácido Aspártico Asp D 2.38 9.2. determine las estructuras al cambio de pH de la lisina: ubique las zonas de capacidad buffer y calcule el pI.02 Arginina Arg R 2.COOH) Pka2 α-NH2 Pka R R= cadena lateral pI Alanina Ala A 2.36 9.69 6.36 9.04 12.18 8.62 6.6 6.07 5.53 Glutamina Glu Q 2.68 6.20 9.62 5.82 3.95 10.86 2. 9.00 7.71 9.74 Metionina Met M 2.53 9.76 Asparagina Asg N 2.24 5.35 9.11 10. valor nutritivo.22 Glicina Gli G 2. 29 . 10.0.34 9.17 6.96 10.32 9. Proteínas alimentarías: bioquímica. modificaciones químicas.78 6.09 9.97 Cisteina Cys C 1.99 10.75 Prolina Pro P 1.15 5.64 6. 2.80 5.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.02 Leucina Leu L 2.68 Tirosina Try Y 2.Claude. 5.06 Histidina His H 1.83 9. EJERCICIO DE PRACTICA: Utilizando los valores de la tabla 8. Tabla 8: Propiedades físicas de los aminoácidos AMINOÁCIDO ABREVIATURA LETRA Pka1 (α.17 9.39 5.28 9.67 4.65 Treonina Tre T 2.0.00 Lisina Lys K 2.21 5.48 10.65 Ácido glutámico Glu E 2.89 Valina Val V 2.18 5.17 9. Propiedades funcionales.02 8.25 3.13 5. 5. cuantitativas para determinar CONSULTA LA PRESENTACION VIRTUAL EN LA PÁGINA PRINCIPAL DEL CURSO SOBRE: CARCTERIZACION DE PROTEINAS.97 Fuente: Cheftel Jean.58 Isoleucina Ile I 2. Valores de pka y pI de loa aminoácidos a 25 ºC.16.19 9.21 9.30 Serina Ser S 2. Los cambios de pH son: < 2.16 Triptófano Trp W 2.1 Aminoácidos.07 Fenilalanina Phe F 1. aminas aromáticas y compuestos ureicos para dar compuestos coloreados. David (2000)4: Reacción de la Ninhidrina La ninhidrina (hidrato de triceohidrindeno). fenoles como el de la tirosina e imidazoles como la Histidina para dar compuestos azo fuertemente coloreados.3 Métodos Cuantitativos de aminoácidos y proteínas • Determinación cuantitativa de los aminoácidos usando la reacción de la ninhidrina El desarrollo del color no es el mismo en todos los aminoácidos. así que ellos se leen a 440 nm. Los compuestos que contienen el radical hidroxibenceno (la tirosina) reaccionan con el reactivo de millón formado compuestos rojos. esta reacciona con alfa-naftol y un agente oxidante tal como el agua de bromo dando un color rojo. El ácido sulfanilico diazotizado se une con las aminas de la arginina y la lisina. 4 Plummer. David (2000). reacciona con todos los aminoácidos a un pH entre 4. Esta reacción se efectúa con aminas primarias y amoniaco pero sin desprendimiento de CO2. forman nitroderivados de color amarillo cuando se calientan con ácido nítrico concentrado. Los únicos aminoácidos fenólicos son la tirosina y sus derivados y solamente ellos dan una reacción positiva.A. La intensidad del color obtenido es una medida del número de enlaces peptídicos presentes en la proteínas. Londres: mcGraw. Las pruebas cualitativas para la determinación de las propiedades generales de los aminoácidos se relacionan a continuación de acuerdo a Plummer. Los aminoácidos que contienen un núcleo aromático (triptófano y Fenilalanina). Reacción Xantoproteica Reacción de Millón Reacción de ácido glioxílico para triptófano El grupo indólico del triptófano reacciona con el ácido glioxílico en presencia del ácido sulfúrico concentrado dando un color púrpura.2 Métodos cualitativos para la determinación de las proteínas. El ácido acético glacial que ha sido expuesto a la luz contiene ácido glioxílico. Este reactivo reacciona con un buen número de compuestos orgánicos tales como índoles. un agente oxidante poderoso. Prueba de Pauly Reacción de Ehrlich Prueba de nitroprusiato Reacción de Sakaguchi 5. Los grupos tioles reaccionan con nitroprusiato de sodio ( Na2Fe(CN)5NO) en presencia de un exceso de amoniaco para dar un color rojo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. • prueba de biuret para enlaces peptídicos El sulfato alcalino de cobre reacciona con compuestos que contienen dos o mas enlaces peptídicos dando un complejo de coloración violeta. Las sales de estos derivados son de color naranja. Bioquímica Práctica. La reacción es muy sensible y es ideal para la detección de aminoácidos en cromatografías y su determinación cuantitativa en fracciones de columnas. Los aminoácidos como la prolina e hidroxiprolina dan un color amarillo.8 para dar un compuesto de color púrpura. 30 .Hill Latinoammericana S. El único aminoácido que contiene grupos guanidinios es la arginina. 5. : Unisur. y debido a la distribución electrónica posee un carácter parcial de doble enlace (alrededor de un 40%). es decir. por ello. 31 . CAPITULO 2: PEPTIDOS Y PROTEINAS En este capítulo el estudiante puede encontrar en forma clara y concreta la definición y formación del enlace peptídico. Esta situación la podemos ilustrar en la figura 5. G.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Navarro Y. 5 Pérez. aunque se represente convencionalmente como un enlace sencillo. Santa fe de Bogotá. (1992). Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. Bioquímica. concepto fundamental para la interpretación de los niveles de estructura de proteínas. • Método de folin – lowry para determinación de proteínas Las proteínas reaccionan con el reactivo de Folin para dar un complejo colorado. ya que el entendimiento de estos temas conducen al estudiante a entender el comportamiento y función biológica de las proteínas. también se analizan las propiedades fisicoquímica que condicionan junto con los niveles de estructuración la función de la proteínas en los tejidos animal y vegetal. goza de dos características muy importantes que siempre deben tenerse en cuenta: • Todos los átomos que intervienen en el enlace son coplanares. La intensidad del color depende del número de aminoácidos aromáticos presentes y cambiaran según la clase de proteína. En este capítulo. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. El enlace resultante recibe el nombre de enlace peptídico. Lección 6: Péptidos5 6. tal como sucede en el ensayo de biuret y la reducción de fosfomolibdato por la tirosina y el triptófano presentes en la proteína.1 Aspectos estructurales La unión de dos o más AA entre sí a través de enlaces amida da origen a un importante grupo de Biomoléculas llamadas péptidos. El color que se forma es debido a la reacción del cobre alcalino con la proteína. están situados en el mismo plano. Por ejemplo. Navarro Y. esta coplanaridad tiene consecuencias en la determinación de una estructura fundamental de las proteínas. Como veremos más adelante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. N.: Unisur. el extremo de la derecha es el extremo C-terminal en el cual el aminoácido tiene libre su grupo αCOOH. donde el O y el H (del enlace) están en lados opuestos. una de las encefalinas (péptidos que tienen acción analgésica) se puede indicar como el pentapéptido: Tyr-Gly-Gly-Phe-Met 32 . Adicionalmente y como consecuencia de la configuración L de los aminoácidos. en cuyos bordes se encuentran los carbonos portadores de las cadenas laterales R1 y R2. Bioquímica. Figura 5: Representación coplanar del enlace peptídico Pérez. G. O. H) que participan en el enlace están localizados en el plano indicado. (1992). los grupos R1 y R2 se alternan por encima y por debajo del plano. que cumple las características anotadas. Para representarla estructura de un péptido en muchos casos es suficiente indicar los aminoácidos constitutivos en su forma abreviada. • • Debido al carácter parcial de doble enlace. Observamos que los cuatro átomos (C. se establece una isomería geométrica del tipo trans. así: El extremo de la izquierda corresponde al llamado extremo N-terminal donde está el único aminoácido que en el péptido tiene libre su grupo α-NH2. Los péptidos se representan convencionalmente en forma simplificada como una estructura lineal. cargas positivas y un pl 33 . Tampoco se puede formar con ella una idea de la estructura tridimensional (conformación). por medio de agentes específicos que generalmente son enzimas con el establecimiento de los AA-N terminales. es frecuente la presencia de aminoácidos básicos lo cual le confiere pH fisiológicos. El conocimiento de la estructura de los péptidos permite. Este tipo de representación. la mezcla de AA resultantes se separa por métodos cromatográticos. los La los de Las hidrólisis totales emplean ácidos concentrados (HCI. Dado el altísimo número de posibles combinaciones en que pueden participar 20 AA para formar péptidos. La secuencia se determina combinando rupturas selectivas de los enlaces peptídicos. además de su caracterización.e) ocupa la cuarta posición. que poseen una fuerte actividad depresora de la tensión arterial. postular una estrecha correlación entre la estructura y la actividad biológica. determinación de la estructura de los péptidos puede hacerse combinando resultados obtenidos por hidrólisis total. no dice por sí mismo mucho sobre las propiedades ácidas o básicas del péptido. la Metionina es el AA-C terminal y que la Fenilalanina (p. que en péptidos de cierto tamaño puede ser una característica importante. Lo cual significa que la Tirosina es el AA N-terminal. hidrólisis parcial y/o identificación aminoácidos con reactivos específicos. hay una enorme variabilidad estructural.2 Propiedades ácido-base El comportamiento ácido-base de cada péptido está determinado por los grupos αNH2 y α-COOH (N. en péptidos del grupo de las bradikininas. de los fragmentos resultantes más pequeños. Para identificar estos AA se puede usar el reactivo de Sanger o reactivos que actúan en forma similar como el reactivo de Edman o el Dansilo. Cterminales e intermedios. establecer cuáles AA son determinantes para la función biológica del péptido y.y C. Esto nos permite determinar cuáles AA hacen parte del péptido pero no el orden (secuencia) en que están colocados. H2SO4) que rompen inespecíficamente los enlaces peptídicos en condiciones drásticas de temperatura. Por ejemplo.terminales respectivamente) y por los grupos R de los AA presentes. aunque conveniente en muchos casos. logrados en condiciones suaves. 6. como veremos más adelante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. para ello es importante recordar con exactitud a qué grupo pertenece cada uno de los aminoácidos presentes. las curvas de titulación presentan múltiples puntos de inflexión (a diferencia de lo observado con los AA libres) y no es posible calcular el valor de pl considerando los pKa de los AA y su disociación sucesiva.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. El péptido Lys-Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Leu-Pro-Phe-Arg tendrá en estas condiciones cuatro cargas positivas (una por el grupo α-NH3+ y tres por los grupos R de Lys y Arg) y una carga negativa (a causa del -COO. relativamente alto. en estos casos. Estos péptidos tienen las siguientes estructuras: Oxitocina Vasopresina 34 . Se destacan: la oxitocina nonapéptido cíclico que estimula la contracción del músculo liso del útero durante el parto y la glándula mamaria en la lactancia. En general los péptidos poseen simultáneamente AA ácidos y básicos y su comportamiento anfótero depende de las proporciones relativas de estos aminoácidos. realizarla por electroforesis. 6. otro nonapéptido cíclico que estimula la reabsorción renal del agua y aumenta la presión arterial (acción hipertensora). A continuación examinaremos algunos ejemplos: 6. 3. pues frecuentemente podemos tener a un pH dado más de un grupo R que se esté disociando.1 Actividad hormonal En el lóbulo posterior de la hipófisis se produce un cierto número de péptidos con función hormonal. su pl será cercano al pKa de la Arg y por consiguiente es un péptido muy básico. En el caso de los péptidos donde predominan Glu y Asp tendremos la situación inversa (péptidos ácidos. La determinación del pl podemos. y la vasopresina. bajo pl).3 Actividad biológica de algunos péptidos Los péptidos que existen libres en una célula desempeñan en muchos casos una función biológica bien precisa.terminal). 3. La hipófisis produce en su lóbulo anterior la hormona adrenocorticotropa (ACTH). Cuando en cualquiera de ellas se rompe el enlace -S-S.(disulfuro) entre las dos Cisteinas por una reducción suave. que actúa sobre la corteza de las glándulas suprarrenales. quienes participan en la regulación del metabolismo de carbohidratos.2 Actividad como antibióticos Los péptidos que presentan esta actividad poseen generalmente AA con configuración D o enlaces poco comunes. esto refuerza la decisiva importancia que tiene la estructura sobre la acción biológica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Esto se debe a que por la ruptura ocurren cambios en la conformación de estos péptidos. se pierde completamente la actividad hormonal. péptido constituido por 25 a 34 AA (dependiendo de la especie). que no altera ningún otro enlace ni AA. 6. Entre ellos tenemos: 35 . Aquí tenemos un buen ejemplo de la estrecha correlación existente entre estructura y acción biológica ya que las dos hormonas difieren solamente en las posiciones indicadas y a pesar de ello sus funciones biológicas son completamente diferentes. 6. presente en muchos tejidos. que presenta un enlace no peptídico entre Glu y CySH como lo muestra la estructura: (γ-Glu-Cys-Gly) = (GSH) El grupo SH (tiol) de la Cisteína puede oxidarse y dar lugar al glutatión oxidado (GSSG): 36 .4 Actividad oxido reductora El más abundante es el Glutatión. son un grupo de agentes hipertensores estructuralmente relacionados con 8 a 10 AA: • • Angiotensina I: Asp-Arg-Val-Tyr-Val-His-Pro-Phe-His-Leu Angiotensina II: Asp-Arg-Val-Tyr-Val-His-Pro-Phe Las bradikininas (ya mencionadas) son péptidos con 9 a 12 AA de fuerte actividad hipotensora y pl elevados.3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.3 Actividad hiper o hipotensora Estos péptidos resultan de la acción de enzimas sobre proteínas del plasma sanguíneo Las angiotensinas.3. derivadas del angiotensinógeno. 6. Esta oxidación está acompañada de la reducción de un aceptor (metabolito) que pasa de su forma oxidada a la reducida.segunda edición (2009). EJERCICIO DE PRACTICA: Al frente de cada péptido indique su actividad biológica: a) ACTH: b) Gramicidina c) Vasopresina: d) Glutatión. Química de alimentos. El enlace peptídico se forma por la condensación del α-COOH de un aminoácido con el α-NH2 de otro aminoácido: Figura 6: Formación del enlace peptídico. En este apartado se profundiza aún más la formación y características de este enlace.. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Fuente: Ramírez. algunos aspectos fundamentales de la formación de éste enlace. e) Oxitocina: f) Angiotensina: g) Penicilina: h) Bradikinina: Lección 7: Generalidades del enlace peptidico y niveles de estructuración Se menciono en la lección 1. R.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 37 . busca la estabilidad electrónica de la molécula..UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Fuente: Ramírez. R. ¿Pero de quien? La presencia de un doble enlace parcial ocasiona la presencia de isómeros geométricos de la forma trans en el oxigeno del grupo carbonilo y el hidrogeno del grupo amino participantes en el enlace peptídico. Figura 7. el enlace C-N del enlace peptídico tiene un carácter parcial de doble enlace. 38 . R. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. sino que el movimiento se de a nivel de N.segunda edición (2009). plano y esta estabilizado por resonancia. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Química de alimentos..segunda edición (2009). Es un híbrido de resonancia. Se ha mencionado que el carácter parcial de doble enlace no hay libertad de movimiento. El doble enlace entre el carbono y el oxigeno del grupo carbonilo. Ángulos de torsión del enlace peptídico Fuente: Ramírez. Química de alimentos. por esta razón no hay libertad de movimiento. En la grafica siguiente se evidencia lo expuesto. El enlace peptídico posee especiales características: Es polar. La presencia del doble enlace parcial del enlace peptídico ocasiona que no haya libertad de movimiento entre el enlace C – N.Cα con un ángulo de torsión ø (phi) y entre Cα-C con un ángulo de torsión Ψ (psi). las discutiremos con algún detalle a continuación. Este tipo de estructura solo la poseen algunas proteínas.htm http://www. es decir.uah. 1 Niveles estructurales6 Se considera que cuando un péptido sobrepasa los 40-50 aminoácidos tenemos una cadena polipeptídica que llamamos proteína. Estructura terciaria. Estructura secundarla. (1992). Es el ordenamiento espacial de las cadenas polipeptídicas resultante de interacciones por puentes de hidrógeno formados únicamente entre los átomos que intervienen en el enlace peptídico. Santa fe de Bogotá: Unisur. G. Estructura primaria. Pérez. CONSULTA LOS SIGUIENTE ENLACES VIRTUALES PARA PROFUNDIZAR EN EL TEMA: http://biomodel. 39 .youtube. G. Bioquímica. su conformación tridimensional. Estos polímeros poseen un considerable grado de complejidad que se expresa en todas las proteínas en por lo menos tres niveles de estructura y en algunas hasta cuatro.com/watch?v=Gn8NaEEEykk 7. Está dada por la asociación reversible de varias cadenas polipeptídicas (monómeros) iguales o diferentes. Lección 8: Estructura primaria y Secundaria7 8. en forma similar a lo anotado en los péptidos. Navarro Y.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.es/model1j/prot/inicio. Navarro Y. Bioquímica. Consiste en la distribución espacial de todos los grupos de la proteína. Está definida por la composición en AA y su secuencia en la proteína. (1992).1 Estructura primaria El alto número de AA que integran una proteína nos da. Debido a la importancia que revisten estos niveles de organización para la comprensión del funcionamiento y propiedades de las proteínas. una enorme variabilidad estructural y para caracterizar 6 7 Pérez. Santa fe de Bogotá: Unisur. Estructura cuaternaria. intercambio iónico. Esta proteína tiene dos cadenas polipeptídicas (A y B) unidas por dos puentes de hidrógeno disulfuro intermoleculares formados por la oxidación de cuatro cisteinas. Establecer la secuencia es más complejo. (1992). Navarro Y. separar por diversos métodos (cromatografía. Utilizando las combinaciones apropiadas de agentes de clivaje. sin que lo indicado en los puentes disulfuro intermoleculares e intramoleculares. que tiene por función disminuir el nivel de glucosa en la sangre y cuya carencia tiene múltiples complicaciones incluyendo la diabetes.: Unisur. y obtener la secuencia de la proteína. Figura 8: Secuencia de AA de la insulina bovina Pérez. una proteína debemos por tanto conocer su composición en AA y el orden en que se encuentran. G. se pueden ensamblar como en un rompecabezas los péptidos. La primera proteína a la que se le determinó su estructura primaria fue la insulina. la estrategia que se utiliza consiste en romper la proteína por medios químicos o enzimáticos. etc). haciéndole reaccionar luego con Ninhidrina y determinando por colorimetría a 570 nm su concentración. Los péptidos resultantes a cada uno determinarles su secuencia en la forma ya discutida. La determinación de la composición se logra sometiendo la proteína a una hidrólisis drástica con ácidos o bases (generalmente HCI 6N y Ba(OH)2 4N) y analizando cuantitativamente la mezcla de AA libres que resulta. Santa fe de Bogotá. Bioquímica. hormona originada en el páncreas como proinsulina. en un número no muy grande de péptidos. 40 . En la figura 8 representamos esquemáticamente la insulina bovina. solubilidad. Actualmente esto se logra por medio de un analizador automático de AA que se basa en la separación de los AA por cromatografía de intercambio iónico.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. corresponda a las longitudes relativas y ángulos de unión de los enlaces. • Predecir parcialmente la estructura terciaria de la proteína. • Realizar estudios sobre la evolución de las proteínas. Por esta razón se adoptan esquemas simplificados como éste: Figura 9: Esquema simplificado de la insulina Pérez. la configuración más sencilla es la de cadena extendida. Vemos por consiguiente las insospechadas consecuencias que ha tenido el estudio. 41 . ribonucleasa y muchas enzimas. aparentemente poco complicado de la estructura primaria de las proteínas. En la estructura primaria en detalle observamos que la hormona tiene todos los AA con excepción de Trp. Los estudios comparativos de secuencia realizados con estas proteínas han permitido: • Localizar los segmentos donde reside la actividad biológica. Santa fe de Bogotá. Met. (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. • Diseñar proteínas sintéticas con actividad biológica. Una vez que el grupo de Sanger en Inglaterra estableció la metodología para determinar la estructura primaria de proteínas. sólo se encuentran unos pocos residuos (2 a 3 por cadena de 200 a 300AA). • Utilizar en algunos casos proteínas no humanas como sustitutos en el tratamiento de ciertas enfermedades.2 Estructura secundaria En una o varias cadenas polipeptídicas se presentan uniones por puentes de hidrógeno en las que solo intervienen los grupos C=O y N-H que forman el enlace peptídico. lo cual le valió el premio Nóbel en 1951. 8 . incluyendo la hemoglobina.: Unisur. A pesar de ser una de las proteínas más pequeñas es evidente lo incómodo que resulta su representación. Todas las configuraciones existentes o propuestas deben satisfacer las características estructurales que ya discutimos para este tipo de enlaces. G. figura 10. lo cual no es de extrañar pues en total no hay sino 51 AA y las Met y Trp cuando están presentes. ésta se ha aplicado no solo a insulina de distintos animales sino a un número creciente de proteínas. citocromo c. Navarro Y. Bioquímica. con formación de puentes de hidrógeno intermoleculares entre al menos dos cadenas o segmentos de cadena que pueden ser. • Grupo III: Estructura en triple hélice. Santa fe de Bogotá.2 Å. en este ejemplo) y puesto que con excepción de Ala y Gly. por lo que existe impedimento estérico y por ello la estructura extendida es poco estable. En las proteínas fibrosas que tienen un papel estructural. estos grupos son voluminosos. G. En esta configuración la disposición espacial de los grupos se repite cada 7. paralelas (van en el mismo sentido): 42 . El grupo l se caracteriza por tener una unidad de repetición de 6.0 Å. • Grupo II: Estructura en α-hélice.: Unisur.5 a 7. este problema se resuelve mediante la adopción de uno de los siguientes tipos de estructura: • Grupo l: Estructura en hoja plegada. Si se observa con detenimiento la estructura vemos que en una cadena dada los grupos laterales R1 y R3 están localizados del mismo lado (hacia atrás. Bioquímica. (1992). Navarro Y. lo que constituye su distancia en la unidad de repetición e incluye un puente de hidrógeno por cada par de cadenas. Figura 10: Puentes de hidrógeno en un polipéptido con estructura extendida Pérez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. figura 11. G. Bioquímica. Figura 11: Estructura en hoja plegada Pérez. Navarro Y. 43 .: Unisur. (1992). Santa fe de Bogotá. se obtiene una estructura similar a la de una hoja plegada. H 3 N +  COO− → H 3 N +  COO− → o antiparalelas (van en sentido opuesto): H 3 N +  COO− → − OOC + NH3 → Dado que cada enlace peptídico define un plano en el que también se localizan los puentes de hidrógeno.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. G.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Navarro Y. constituida básicamente por Gly (45%).: Unisur. tendríamos: Figura 12: Empaquetamiento de grupos R en la fibroina Pérez. no hay impedimento estérico apreciable y es posible lograr un empaquetamiento compacto entre distintas capas originándose así la fibra con sus propiedades de flexibilidad y poca extensibilidad. Esquemáticamente. Santa fe de Bogotá. Bioquímica. donde cada línea representa un plano. 44 . Ala (26%) y Ser (12%) con una secuencia repetitiva: …Gly-Ala-Gly-Ser-Gly-Ala… Debido a esta estructura primaria. figura 12. Esquemáticamente se puede representar esta estructura de la siguiente manera. ––––––● los grupos R impares y ––––––○ los grupos R pares: La proteína más importante de este grupo es la fibroina de la seda. (1992). 3. Podemos observar que los grupos R están dirigidos hacia el exterior de la hélice. lo cual implica que grupos R voluminosos tengan una misma carga. si están situados muy cerca desestabilizan la estructura.1 a 5.4 Å. His y Met. uñas. Esta proteína que posee muy poco Trp. El grupo II posee una unidad de repetición de 5. y los puentes de hidrógeno son exclusivamente intramoleculares. plumas. cuernos. por otra parte la Prolina rompe la hélice por no poder formar los puentes de hidrógeno necesarios. el ordenamiento espacial de las cadenas polipeptídicas resultante de las interacciones por puentes de hidrógeno formados únicamente entre los átomos de hidrógeno del nitrógeno y el oxígeno del carbono carbonílico que conforman el enlace peptídico. etc. tiene una alta proporción de CySH que forma puentes disulfuro entre las distintas cadenas helicoidales y mantiene así la estabilidad de la fibra: 45 . Esto genera una estructura helicoidal del tipo representado en la figura 13.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. A este grupo pertenece la α-queratina que es el constituyente más importante de fibras como cabello y lana y de tejidos de protección como piel. Santa fe de Bogotá. Bioquímica. El colágeno tiene un 33% de Gly. G. G. Navarro Y. luego de un tratamiento por calor húmedo debido a que el agua provoca la ruptura de los puentes de hidrógeno intramoleculares y la cadena puede adquirir una configuración extendida. (1992). 46 . Tyr. 25% de Pro o OH-Pro y 11% Ala. Estas fibras se unen a otras a través de enlaces covalentes y generan el colágeno De manera simplificada podemos representar el tropocolágeno así: Pérez. Bioquímica. huesos. Las fibras que tienen esta estructura son extensibles reversiblemente.: Unisur. piel.: Unisur. tendones. El mejor ejemplo de este tipo de estructura es el colágeno. Figura 13: Estructura de α-hélice Pérez. CySSCy y con menos del 2% de Phe. Santa fe de Bogotá. y los puentes de hidrógeno se forman entre tres cadenas polipeptídicas que se enrollan entre sí.8 Å. sin que haya Trp. CySH. El grupo III posee una unidad de repetición de 2. Cada cadena peptídica tiene aproximadamente 1000 AA y la unión de las tres constituye el tropocolágeno que es la fibra básica con 14 Å de diámetro y 2800 Å de larga.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. (1992). proteína que constituye un 30% de las proteínas del cuerpo humano y está presente en tejido conjuntivo. de manera helicoidal. Navarro Y. 1 Estructura terciaria En estas proteínas y como consecuencia de sus estructuras primaria y secundaria. 47 . • Puentes de hidrógeno intramoleculares o intermoleculares. se presentan simultáneamente varias clases de interacciones que determinan su conformación. G. (1992). en la figura 14). cuando la proteína tiene más de una cadena polipeptídica. (a.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. que se forman entre cadenas laterales. Lección 9: Estructura terciaria y cuaternaria 9. Estas interacciones (representadas en la figura 14) son: Figura 14: Tipos de enlaces que mantienen la estructura terciaria de las proteínas Fuente: Pérez. Navarro Y. Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. o entre cadenas laterales y átomos del enlace peptídico. En una proteína dada proveniente de diferentes especies. Los aminoácidos polares y los cargados están generalmente situados en el exterior. Enlaces covalentes entre grupos R de CySH (enlaces disulfuro). Bioquímica. la conformación es similar. citocromo c. La cadena polipeptídica sigue un trazo irregular con segmentos en hoja plegada. • • • • Dada la enorme complejidad de la estructura terciaria es posible solo después de establecer la estructura primaria y a su vez es un requisito para tratar de explicar la acción biológica de una proteína dada. Estos enlaces en conjunto mantienen la estructura terciaria que fundamentalmente está determinada por su composición y secuencia de aminoácidos. (d. 48 . Navarro Y. Lys y Glu o Asp (enlaces amida). Uniones hidrofóbicas provenientes de las interacciones entre cadenas laterales de AA no polares. (c. (1992). mioglobina.2 Estructura cuaternaria8 Algunas proteínas y con mucha frecuencia aquellas con peso molecular (PM) superiores a 100000 están formadas por la asociación reversible de dos o más 8 Pérez. en la figura 14). en íntimo contacto con el medio acuoso circundante. Santa fe de Bogotá. etc) usando difracción de rayos X han permitido deducir algunas características estructurales comunes: • La proteína es una molécula compacta cuya forma se asemeja en muchos casos a una esfera con cavidades y protuberancias. en αhélice o desordenados.: Unisur. • • • Enlaces salinos o iónicos que resultan de la atracción electrostática entre grupos R con cargas opuestas. Es importante resaltar la estrecha dependencia que existe entre la conservación de la estructura terciaria natural u original (conformación nativa) y la actividad de la proteína. en la figura 14). 9. hemoglobina. G. Los estudios realizados sobre diversas proteínas (insulina. Los segmentos de α-hélice que se presentan están interrumpidos por Pro o por HO-Pro. (b. La conformación de las proteínas globulares es considerablemente más compleja que la de las proteínas fibrosas y es característica para cada una. que tienden a asociarse entre sí excluyendo el agua. Los aminoácidos hidrofóbicos se ubican preferencialmente en regiones internas donde se encuentran pocas moléculas de agua o iones. en la figura 14).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Un buen ejemplo de este tipo de proteínas es la hemoglobina (Hb) que se encuentra presente en los glóbulos rojos y tiene como función el transporte de oxígeno a los tejidos. Cada una de ellas posee además de la parte proteínica (globina). o de H2O (HCO3-) (deoxiHb) o de CO (carboxiHb) en casos de intoxicación por este gas. Navarro Y. G. cadenas polipeptídicas que no están unidas entre sí por enlaces covalentes y pueden ser separadas y estudiadas individualmente. Sobre este Fe+2 se fija una molécula de oxígeno (OxiHb).: Unisur. Figura 15: Estructura del grupo hemo Fuente: Pérez. (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Bioquímica. en conjunto tenemos: Hb + 4 O 2  → Hb ( O 2 ) 4 Un esquema de la estructura cuaternaria de la hemoglobina se representa en la figura 16. 49 . un grupo heme en el cual el Fe+2 está unido a cinco átomos de Nitrógeno en la forma indicada en la figura 15. Esta proteína está formada por dos cadenas polipeptídicas α y de dos cadenas β que nos dan el tetrámetro α2β2 con un PM de 65000. Santa fe de Bogotá. al llegar a los tejidos la Hb suelta parte del O2 y queda saturada a un 65% y en esta forma regresa a los pulmones. (1992). Bioquímica. Figura16: Estructura cuaternaria de la hemoglobina Fuente: Pérez. el 50 . Navarro Y. Para realizar este transporte se requiere la forma tetramétrica (α2β2) ya que los monómeros (α.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. β). β2. dímeros (α2. β. αβ) o trímeros (α2.: Unisur. αβ2) no transportan el oxígeno y tampoco existen como tales en los eritrocitos. Santa fe de Bogotá. Podemos representar el transporte de oxígeno como una serie de interacciones cooperativas donde la entrada de un oxígeno se facilita si hay otro fijado: En los pulmones la Hb se satura con O2 y está oxigenada a casi un 100%. G. Na2SO4 y están ampliamente distribuidos en tejidos animales y vegetales (albúmina de huevo.SO4. son solubles en etanol 50-90% y se encuentran sólo en vegetales (ej: zeína de maíz. Lección 10: Clasificación y Propiedades Fisicoquímicas 10. Glutelinas: Solo se solubilizan en ácidos o bases diluidos. Estudios similares con enzimas que poseen estructura cuaternaria han mostrado que la actividad biológica se presenta con la forma asociada y no con la forma disociada (monómeros).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Prolaminas: Insolubles en agua y soluciones salinas. hordeina de la cebada. Ejemplo: (NH4)2. gliadina del trigo). Las proteínas globulares se pueden subdividir. según Osborn. precipitan a altas concentraciones de sales. • • • 51 . de acuerdo con su solubilidad en: • Albúminas: Son proteínas solubles en agua y en soluciones salinas.1 Clasificación Además de la clasificación en fibrosas y globulares o en simples y conjugadas. Son ricas en Glu y en Pro (10%). si se oxida a la forma férrica (Fe+3) tampoco hay transporte. precipitan a concentraciones medianas de sales (40 a 50%) y se encuentran prácticamente en todos los tipos de células y tejidos. albúmina sérica). átomo de hierro de cada heme debe estar en forma ferrosa (Fe+2). 80%S (porcentaje de solubilidad). están presentes solo en tejidos vegetales (gluten del trigo) y tienen buenos contenidos de CySH o CySSCy. Globulinas: Son insolubles en agua y solubles en soluciones salinas diluidas (NaCI 1%). probablemente esto se debe a interacciones (iónicas.5. Los valores de pKa se pueden determinar por métodos físicos o químicos más sofisticados y se ha encontrado que en algunos casos el pK de un grupo R difiere del establecido para ese grupo en un aminoácido libre.2. las proteínas se comportan como polielectrolitos e interactúan ampliamente con solventes acuosos. la proteína estará cargada negativamente y en un campo eléctrico migrará hacia el ánodo.2 Propiedades fisicoquímicas 10. Para reflexionar: Porque se dice: de la composición y conformación de una proteína dependerá su función biológica? ¿ cómo se puede llegar a perder la actividad biológica de una proteína? ¿Qué entiende por estructura nativa de una proteína? ¿Qué es el Pka de un ácido? Sería muy interesante que escribieras tu análisis en la herramienta de curso Wiki ( portafolio del curso)en el aula virtual. las proteínas presentan curvas de titulación complejas a partir de las cuales no es posible obtener información sobre el pl o sobre los pKa de los grupos cargados.2.1 Propiedades ácido-base Debido a la presencia simultánea de AA ácidos y básicos. una excepción la constituyen aquellas proteínas que por tener una elevada proporción de aminoácidos hidrofóbicos. A pH menores que el pl tendrá carga positiva y migrará al cátodo. son capaces de actuar como buffers a estos pH. como la hemoglobina. 10. En forma similar a lo que ocurre con los péptidos.5 y 5.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. El conocimiento del pI nos permite predecir la carga neta de una proteína en un pH dado y su comportamiento en un campo eléctrico. puentes de hidrógeno) con grupos vecinos y a la cercanía a residuos hidrofobicos que modifican la constante dieléctrica del medio. si el pH es mayor que el pl. 10. El pl de las proteínas se determina por electroforesis y en la mayoría se encuentra entre 4. en consecuencia su capacidad tampón es muy pequeña a pH fisiológicos y sólo las proteínas con buen contenido de His. son poco polares y por ello poco solubles en soluciones salinas.2 Solubilidad 52 . Se observa que la solubilidad aumenta rápidamente al incrementar la fuerza iónica (salting out). exponiendo al solvente los grupos R hidrofóbicos del interior y puesto que estos no interactúan apreciablemente con el agua. precipitándose. Santa fe de Bogotá.: Unisur. 53 . (1992).K’sµ donde β’ (intersección por extrapolación al eje y) representa la solubilidad (teórica para proteínas diferentes a las albúminas) en agua pura y K’sµ (pendiente de la recta) es un parámetro cuyo valor es característico para cada proteína. por esto en el pl (donde la carga neta es cero) la solubilidad es mínima. Podemos aprovechar esta curva para deducir la ecuación que rige la solubilidad: log S = β’ . Esto explica por qué las albúminas y las globulinas precipitan con (NH4)2. La solubilidad de las proteínas depende de varios factores: • • pH: A mayor interacción con el solvente mayor será la solubilidad. G.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Bioquímica. Fuerza Iónica (µ) de la solución: La mayoría de las proteínas presenta un comportamiento como el ilustrado en la figura 17. • Temperatura: En el intervalo 0-60°C la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura pero a valores superiores las proteínas precipitan debido a que la energía térmica es suficiente para destruir los enlaces no covalentes que estabilizan la estructura terciaria. donde se grafica el logaritmo de la solubilidad en función de la fuerza iónica: Figura 17: Solubilidad de las proteínas en función de la fuerza iónica Fuente: Pérez. Navarro Y.SO4 al 80% y al 50% de saturación respectivamente. por interacciones electrostáticas. 10.2. la actividad biológica de las proteínas depende de la conservación de su estructura en los diferentes niveles (primaria. Esta interacción es muy importante pues en algunos casos la actividad biológica de la proteína depende de ella (ej. • Solventes orgánicos miscibles con el agua: Estos solventes (etanol. 10. como en el caso de las Prolaminas.2.3 Interacciones con iones Una consecuencia de la presencia de grupos R ácidos y básicos es la capacidad que tienen las proteínas para fijar. metanol) disminuyen la constante dieléctrica del solvente acuoso y por tanto causan la precipitación. Es lógico pensar que condiciones ambientales (hidrólisis. oxidación. Carga y tamaño del Ión: Los iones divalentes se fijan más fuertemente que los monovalentes y a igualdad de carga los de mayor radio de hidratación más débilmente que los que poseen radios menores. y el número de grupos R cargados positiva o negativamente en un momento dado. terciaria y aun cuaternaria en las proteínas que la poseen). En los procesos industriales y de laboratorio tendientes a obtener proteínas. Para que la proteína permanezca en solución se requiere. acetona. pH de la solución: Este factor determina la carga neta. sus cargas y el pl de la proteína. combinándolos de tal manera que las diferencias en solubilidad sean máximas y se puedan eliminar componentes indeseables. El tipo de ión fijado y su cantidad depende de: • • • • La naturaleza de la proteína: Esto se manifiesta en la clase de grupos R presentes. metaloenzimas) y en otros es el mecanismo usado para transportar o almacenar un determinado ión (ej. 54 . cationes y aniones. que tenga una composición en aminoácidos muy particular. Concentración del Ión: A mayor concentración del ión mayor cantidad se fija sobre la proteína pudiéndose alcanzar valores para la albúmina sérica de hasta 20 moles CI-/105 g proteína. sin embargo esta pérdida se puede presentar también sin necesidad de romper enlaces covalentes y en estos casos es imputable a modificaciones profundas de su estructura terciaria y/o cuaternaria.4 Desnaturalización: Como discutimos anteriormente. ferritina). reducción) que provoquen la destrucción de enlaces covalentes causarán una pérdida de la actividad. secundaria. se aprovechan los anteriores factores.: ceruloplasmina.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. presencia de metales pesados (Hg+2. es prácticamente imposible recuperar posteriormente la conformación nativa y por ende la actividad biológica. etc. Pb+2. son algunas de las causas que pueden desnaturalizar una proteína u ocasionar su precipitación.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 55 . Estos cambios se conocen como desnaturalización (o pérdida de su estructura nativa) que en algunos casos puede ser reversible al eliminar el agente causal. Ag+1. Cambios extremados en los factores que afectan la solubilidad.) o de detergentes. Bioquímica. (1992). G. CAPITULO 3: ENZIMAS9 En este capítulo el estudiante puede encontrar en forma clara y concreta los mecanismos mediante los cuales las enzimas ejercen su actividad catalítica. Se presenta la clasificación enzimática. para ello se analiza la especificación de acción y de sustrato. Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. por lo que es importante estudiar los factores que condicionan su actividad al igual que su inhibición. por ellas las reacciones tienen mayores velocidades en corto tiempo. Navarro Y. Santa fe de Bogotá. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales Lección 11: Características de la acción enzimática 9 Figura 8: Pérez.: Unisur. Las enzimas son sustancias importantes y mediadoras de las reacciones que suceden en la celular. 56 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. reciben el nombre de enzimas y frecuentemente son del tipo de las albúminas o de las globulinas pudiendo según el caso ser proteínas simples o conjugadas. un solo tipo de reacción química y ningún otro. 11. Además de tener las propiedades generales de los catalizadores orgánicos o inorgánicos. las enzimas ejercen su acción presentando las siguientes características: 11. Su distribución es muy amplia ya que todos los seres vivos las poseen y podemos asignarles el papel de catalizadores biológicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En este capítulo vamos a considerar un grupo de proteínas que cumplen con la función esencial de catalizar las reacciones químicas que en su conjunto constituyen el metabolismo. Un buen ejemplo lo constituyen las enzimas que intervienen en el metabolismo de los aminoácidos. Estas proteínas. compuestos que según el tipo de enzima involucrada dará origen a diferentes productos. de manera general podemos ilustrar este ejemplo así: Tendremos entonces que la reacción (1) será catalizada solo por oxidasas y no por decarboxilasas o transaminasas y así sucesivamente.1 Especificidad de acción Esto significa que una enzima en particular cataliza con un sustrato dado.2 Especificidad por el sustrato 57 . que antiguamente se denominaron fermentos. esto se observa al comparar los enlaces hidrolizados en el siguiente péptido: 1. Tripsina rompe del lado COO.de Lys y Arg. La estéreo especificidad es la que determina que una oxidasa dada modifique por ejemplo la L-Phe sin que la DPhe sea alterada.4 de este polímero y producir glucosa y oligosacáridos.amilasa presente en la saliva y el jugo pancreático. un mismo conjunto de fragmentos y son por tanto muy utilizadas en los estudios de secuencia. Caboxipeptidasa rompe en extremo C-Terminal Debido a su especificidad estas enzimas producen a partir de un péptido o proteína dada. Un ejemplo de estas dos características de la reacción enzimática. La amilosa. Otro ejemplo son las proteasas que reconocen a nivel del enlace peptídico cuáles son los AA adyacentes del lado amino o carboxilo. 2. muy abundante en semillas en germinación. que ataca desde el extremo reductor de la cadena liberando unidades de maltosa.amilasa.amilasa lo es por la amilo α -1.de aminoácidos aromáticos (p. Estas dos glicosidasas son entonces un buen ejemplo de la especificidad de acción ya que el mismo sutrato (amilosa) es degradado de diferente manera.y β. segundo constituyente del almidón. está constituido por las glicosidasas (hidrolasas que atacan los enlaces α. además de ser hidrolizado por α. β. La amilopectina. 58 .glicosídicos de los carbohidratos) que degradan el almidón y la celulosa. En el caso de la celulosa.e.y β. Aminopeptidasa rompe en extremo N-Terminal 4. que es un constituyente importante de las paredes celulares vegetales. polisacárido lineal con enlaces α-1 . 3. Trp). 6 glicosidasa y la acción conjunta de las tres enzimas resulta en la degradación completa de este polisacárido. (para tener claras las diferencias estructurales es conveniente revisar el Módulo de Química Orgánica1). Quimotripsina rompe del lado del C00. es hidrolizada por: α. que es una glicosidasa que actúa al interior de la molécula produciendo una mezcla de maltosa y de glucosa. Cada enzima reconoce de una manera muy selectiva su sustrato basándose en la estructura tridimensional que éste posee.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.4 entre las unidades de glucosa. estas glicosidasas no pueden actuar y se requiere la presencia de la celulasa para romper los enlaces β-1. enlaces α-1.: Unisur. (1992). enlaces α-1.3 Condiciones óptimas de actividad Cada enzima presenta su máxima actividad en ciertas condiciones experimentales que generalmente tienen que ver con pH. 11. Aquí tenemos ilustrada la especificidad sobre el sustrato pues para hidrolizar enlaces glicosídicos α-1.4. La clasificación se establece según el tipo de reacción química catalizada y la división en grupos según el tipo de reacción junto con el nombre del sustrato. Fuente: Pérez. glucosa oligosacáridos ramificados. G. pepsina.6. 11. Podemos resumir la acción de estas enzimas sobre la amilopectina. papaína y algunos otros. enlaces α1.4 Clasificación y nomenclatura Debido al número creciente de enzimas que día a día se purifican y caracterizan. es imperativo emplear un sistema de clasificación lógico.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. y límite Amilo α-1. Navarro Y. de la siguiente manera: Enzima α-amilasa β-amilasa Ataque Interno.6.6. su acción se detiene en las cercanías de enlace α-1. Santa fe de Bogotá. su acción se detiene en las cercanías de enlace α-1. En consecuencia resultan seis clases principales de enzimas: 59 . Tabla 9: Acción de algunas enzimas sobre la amilopectina.6 glicosidasas Polisacáridos (y oligosacáridos) con enlaces α-1. Bioquímica. Más adelante examinaremos en detalle como se afecta la actividad enzimática con cada uno de estos factores.4 y viceversa.4 se requieren enzimas diferentes a las necesarias para degradar enlaces β-1.4. El sistema adoptado internacionalmente asigna la terminación asa al nombre de la enzima y sólo por razones de uso se han conservado nombres triviales como tripsina. Extremo no reductor.6. Estas características de las enzimas implican que exista un número muy elevado de ellas pues cada sustrato será modificado por su enzima específica. Productos Maltosa. proporciona la base para el nombre individual de cada enzima. temperatura y la presencia o ausencia de activadores o inhibidores respectivamente. quimotripsina. Maltosa y dextrina (polisacárido). Interno. 4. etc.: Unisur.: Unisur.4.3 3. Isomerasas Ligasas Acción Catalítica Catalizan reacciones de óxido-reducción. Navarro Y. G. La siguiente tabla nos muestra varios ejemplos: Tabla 12: Sub-subclases de las proteasas 3. Catalizan reacciones de transferencia de grupos.21. (1992). Tabla 10 : Clases principales de enzimas. 2.4. C-N.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.21.4 3. Catalizan reacciones de hidrólisis de enlaces covalentes CO.4 3. 60 . Tripsina Trombina Fuente: Pérez.21. por ejemplo la clase de las hidrolasas se divide en: Tabla 11: Subclases de hidrolasas Subclase 3. en último término cada enzima se identifica con cuatro números que le son propios.6 3.10 3. Reacciones de isomeración. (1992).4. 6. P-haluro Enlaces P-N Enlaces S-N Enlaces C-P Ejemplo del sustrato Lípidos Carbohidratos Péptidos. proteínas. G.: Unisur. Santa fe de Bogotá.4.1 3. acompañada de un consumo de energía. Reacciones en las que se forma un enlace entre dos átomos. Bioquímica. 3. Estas subclases a su vez se dividen en varias sub-subclases dependiendo de sustrato en particular que se considere. (1992). Santa fe de Bogotá.8 3.5 3. Clase 1. Catalizan reacciones que implican formación de un doble enlace debido a la remoción de un grupo o desaparición de un doble enlace por adición de un grupo. Santa fe de Bogotá.21. Amidas Nombre general Lipasas Amilasas Celulasas Tripsina Fuente: Pérez.9 3. Nombre Óxido reductasa Transferasas Hidrolasas Liasas 5. Cada una de estas clases se subdivide en varias subclases de acuerdo con el tipo de enlace.1 3.2 3. C-C.2 3. Bioquímica. Navarro Y.11 Hidrolasa Esterasas Glicosidasas Hidrolasas de éteres Peptidasas Otros grupos CN Anhídridos de ácido Enlaces C-C Enlaces C-haluro. Navarro Y.5 Sub-subclase: serin proteinasas Quimotripsina Quimotripsina C.21 3.6 3. G. Fuente: Pérez. Bioquímica. 4. se llega a la zona III donde se observa una disminución de la velocidad a medida que aumentamos más y más S. El análisis del comportamiento de la enzima en las zonas I y II condujo a Michaelis y Menten a plantear que la enzima (E) se une reversiblemente con el sustrato (S) 61 . G. A concentraciones altas de S. Los estudios pioneros de Henry y Brown realizados con enzimas de la levadura mostraron que la cinética enzimática presenta el comportamiento ilustrado en la figura 18 donde [S] es la concentración de sustrato y dS/dt equivale a la velocidad de transformación del sustrato (v). En la zona II la velocidad permanece constante para un intervalo de [S] y se considera que la enzima está saturada. En la zona I. Navarro Y. Santa fe de Bogotá. (1992). Bioquímica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. la velocidad (v) aumenta linealmente con la concentración de sustrato [S].: Unisur. Podemos observar que la curva se divide en 3 zonas. Este comportamiento se interpreta como una inhibición de la enzima por exceso de sustrato. Lección 12: Cinética enzimática Las reacciones químicas que se presentan en los organismos vivos ocurren por una parte gracias a la capacidad de las enzimas de disminuir la energía de activación que actúa como una barrera y por otra parte por la especificidad con que se realiza esta catálisis. Esta región corresponde a una cinética de primer orden en la cual a una concentración dada de enzima (que permanece constante) podemos obtener un rápido incremento de v con cambios pequeños en [S]. Figura 18: Velocidad de transformación del sustrato en función de S Fuente: Pérez. podemos considerar que habrá un momento en el cual la velocidad es igual a la mitad de la velocidad máxima. denominada el sitio activo. será la descomposición de ES en producto más enzima. es decir: v = 1 V max 2 Reemplazando en la ecuación 3: 62 . como consecuencia de la estructura terciaria. la formación del complejo ocurre por complementariedad estérica entre el sustrato y una región de la enzima. formando un complejo inestable (ES) que da lugar. La constante k2 es considerablemente menor que k1 o k-1 y por tanto la velocidad global del proceso estará dado por: v = k 2 [ES ] Ecuación 2 En otras palabras el paso limitante. k1 = rata de descomposición reversible de ES. El planteamiento de Michaelis y Menten se puede resumir en la expresión: E + S ← ES k 2 E + P → → k −1 k1 Ecuación 1 donde k1 = rata de formación de ES. El Sitio activo es entonces un grupo de aminoácidos de la proteína que son los responsables de la actividad catalítica y que. Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores es posible deducir a partir de la ecuación (1) la ecuación de Michaelis-Menten1 que describe el comportamiento de la enzima: v= V max [S] KM + [S] Ecuación 3 Donde Vmax (velocidad máxima) y KM (constante de Michaelis) son dos parámetros importantes de la enzima dado que en la zona I tenemos una cinética de primer orden. al producto (P) y a la enzima libre (E).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. k2 = rata de descomposición irreversible de ES. irreversiblemente. donde se realiza la catálisis. se disponen espacialmente de tal manera que la conformación del conjunto es complementaria de la conformación del sustrato. temperatura). el valor de Vmax se obtiene al extrapolar sobre el eje Y la velocidad con la enzima saturada. G. (1992). En esta gráfica. Si tomamos 1/2 de Vmax e interpolamos en la gráfica. Santa fe de Bogotá. Los valores de KM y Vmax de una enzima se pueden determinar por métodos gráficos realizando en el laboratorio la cinética con un sustrato dado en condiciones experimentales bien definidas. En condiciones experimentales definidas (sustrato. Navarro Y. tendremos: KM = [S ] Ecuación 4 Esta ecuación nos proporciona el significado físico de KM que será entonces la concentración del sustrato (moles/litro) necesaria para alcanzar la velocidad semimáxima. 63 .: Unisur. composición en aminoácidos. etc. Por su parte Vmax es la velocidad obtenida cuando la enzima se encuentra saturada con sustrato o sea la situación que se presenta cuando los sitios activos de todas las moléculas de enzima se encuentran ocupados por sustrato. Fuente: Pérez. Bioquímica. de manera que al calcular las velocidades (cantidad sustrato transformada/ mililitro/ minuto) alcanzadas con diferentes concentraciones de S se obtiene la figura 19.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. V max [S] v = 1 V max = 2 KM + [S] Dividiendo por Vmax y despejando. al igual que el PM. Figura 19: Efecto de la concentración de sustrato sobre la velocidad de una reacción enzimática. obtenemos KM. pH. pl. la constante de Michaelis (KM) tiene un valor propio para cada enzima y es uno de los parámetros que la caracterizan. Debido a que es posible cometer errores experimentales que no se detectan en la gráfica. v V max [S] V max Ecuación 5 La ecuación 5 corresponde a una línea recta: Y = mX + b. La pendiente m = KM/Vmax. esta determinación de KM y Vmax no es muy apropiada y se prefiere emplear métodos como el de Lineweaver. Bioquímica. En el primero de ellos. b = 1/Vmax.Burk o el de Eadie-Hofstee2. Graficando 1/v versus 1/ [S] tendremos (figura 20) que la intersección en el eje X corresponde a -1/KM y su valor absoluto expresa la afinidad de la enzima por su sustrato.: Unisur. Figura 20: Representación gráfica según Lineweaver-Burk de v vs [S] Fuente: Pérez. G. En donde: Y = 1/v y X = 1/[S]. 64 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. Navarro Y. (1992). Dado que KM (si k2 < k-1) corresponde a la disociación de ES E+S. y la intercepción en el eje Y. se opta por transformar la ecuación de Michaelis Menten así: v= V max [S] KM + [S] Tomando los inversos tenemos: 1 KM + [S ] = v V max [S ] 1 KM 1 1 = + . v): (V max .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 65 . Navarro Y.v ) KM 1 1 + (V max . Bioquímica.: Unisur. G. cuando esto ocurre la dispersión de los datos no permite trazar una recta por los puntos obtenidos. v V max [S] V max v V max = KM .v ) 1 = (V max . Santa fe de Bogotá. Si los datos obtenidos se ajustan a una recta. Esta representación tiene la ventaja de poder detectar errores experimentales en la determinación de la cinética.Hofstee transforma la ecuación de Michaelis-Menten de la siguiente manera: v= V max [S] KM + [S] Tomamos los inversos y obtenemos la ecuación 5: 1 KM 1 1 = + . [S] Graficando v versus v/[S] tendremos la figura 20’: Representación gráfica según Eadie-Hofstee de v vs [S] Fuente: Pérez. v V max [S] V max Multiplicando los dos miembros por (Vmax. +v [S] v Ecuación 6 v = V max − KM . El método de Eadie. (1992). se descartan eventuales errores experimentales y de la gráfica se obtienen directamente los valores de KM y Vmax.v ) . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. se realiza como lo hemos descrito. Las referencias 4 y 5 son un buen ejemplo de cómo se determinan cuidadosamente estos parámetros.1 Actividad enzimática La actividad de las enzimas se puede expresar como: 12. 12. Para fines prácticos la determinación de KM y Vmax. Esta forma de expresar la actividad es la más corriente y nos da una medida de la pureza de la enzima ya que los valores aumentan a medida que se avanza en el aislamiento de la enzima. a 25°C. Es conveniente resaltar que. Una unidad es la cantidad de enzima que transforma 1 micromol (10-6 moles) de sustrato por minuto. 12.3 Número de transformación 66 . sea cual fuere el método que usemos para hallar KM y Vmax. solo necesitamos determinar experimentalmente la velocidad de transformación del sustrato (a una [S] dada) la cual se hace generalmente por colorimetría. E + S ← ES ← EZ ← EP k 4 E + P → → → → k −1 k−2 k −3 k1 k1 K2 k3 Ecuación 7 E + S1 ← ES1 k 2 E + P1 → → k −1 k3 E + S 2 ← ES 2 k 4 E + P2 → → k −3 Ecuación 8 Esto naturalmente complica considerablemente el análisis cinético y las ecuaciones son mucho más complejas.2 Actividad específica Se define como el número de unidades por mg de proteína. Aunque la ecuación de Michaelis-Menten es muy útil para describir el comportamiento cinético de las enzimas. en condiciones de laboratorio bien definidas. es conveniente que tengamos en cuenta que en algunos casos se pueden presentar discrepancias debido a la formación de varios intermediarios inestables (ecuación 7) o a la presencia de más de un sustrato susceptible de ser transformado (ecuación 8) o la combinación de las dos situaciones. Se define como el número de moléculas de sustrato transformadas por una molécula de enzima en la unidad de tiempo.105 y en algunos casos éste puede llegar hasta 106 . Bioquímica. (1992). • Los pKa de los grupos que en el sitio activo ayudan a fijar el sustrato • Los pKa de las cadenas laterales que contribuyen a estabilizar la conformación global de la enzima. Lección 13: Factores que influencian la actividad enzimática Dado que el sitio activo es el responsable de la actividad catalítica de la enzima. 13. G.1 pH La actividad enzimática en función del pH puede cambiar en la forma indicada en las siguientes gráficas: Figura 21: Ejemplos de actividad de algunas enzimas en función del pH Fuente: Pérez. Para calcular el número de transformación se requiere conocer el PM de la enzima lo cual implica su purificación previa.: Unisur. Observamos que cada enzima tiene un pH (o un rango de pH. esto nos da una idea del enorme poder catalítico de estas proteínas. • Los pKa de los grupos funcionales del sustrato. este valor corresponde al pH óptimo el cual es una consecuencia de la intervención de: • Los pKa de los grupos laterales presentes en el sitio activo que efectúan la catálisis. si éste tiene cargas 67 . Santa fe de Bogotá.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.107. para algunas) en el que su actividad es máxima. es esencial preservar su conformación en la proteína nativa. la temperatura y los efectores. Los números de transformación para la mayoría de las enzimas son del orden de 104 . Aquellos factores que modifican la conformación de las proteínas influirán por consiguiente en la actividad enzimática y nos referimos en particular al pH. Navarro Y. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La mayoría de las enzimas tienen pH óptimos cercanos a la neutralidad pero que no necesariamente coinciden con el pH intracelular; esto sugiere que en condiciones fisiológicas algunas enzimas no actúan al máximo de su capacidad. El pH óptimo puede variar por la influencia de los siguientes factores: • Origen de la enzima; las enzimas que modifican el mismo sustrato pero que por provenir de diferentes fuentes difieren en su pH óptimo, pl, KM, velocidad de inactivación térmica, etc., reciben el nombre de isoenzimas; en ellas las variaciones en pH óptimo pueden ser hasta de 2,5 a 3 unidades de pH. Origen del sustrato: en estos casos la variación en pH generalmente es menor de 0,5 unidades de pH. Concentración de sustrato: a bajas concentraciones de sustrato, KM varía con el pH y el pH óptimo se desplaza hacia la zona donde KM aumenta al aumentar el pH. Esta es la razón por la cual KM se determina a [S] elevadas con el fin de evitar los cambios en función de pH. Presencia de sustancias asociadas: Generalmente las impurezas modifican el pH óptimo por razones que no son claras. • • • Las variaciones de actividad con cambios de pH indican la necesidad de usar tampones cuando se está trabajando con enzimas, lo cual nos permite eliminar estas variaciones. 13.2 Temperatura Las enzimas presentan un comportamiento dual respecto a la temperatura. En el rango 5ºC - 50ºC la actividad aumenta, ya que la velocidad de reacción se incrementa. A temperaturas superiores (60ºC a 80ºC) la gran mayoría de las enzimas se inactivan debido a la desnaturalización que sufren. Una excepción a este comportamiento la constituyen las enzimas de las bacterias termófilas que se encuentran en hábitats muy cálidos, como son las fuentes termales. Para cada enzima existe una temperatura óptima en la cual su actividad es máxima. 13.4 Efectores Con este nombre designamos iones o moléculas pequeñas que activan o inhiben las reacciones enzimáticas. Los activadores más corrientes son iones como Ca+2, Mg+2, Mn+2, Zn+2 o grupos reductores (por lo general -SH). 68 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Los inhibidores son de una naturaleza más variada y provocan según el caso, diferentes tipos de inactivación. Lección 14: Inhibición Enzimática La inhibición específica de la acción enzimática puede ser de tipo reversible o de tipo irreversible. El primer tipo incluye la inhibición competitiva y la no competitiva y el segundo se refiere a la inhibición incompetitiva. A continuación examinaremos las características de cada una y cómo podemos identificarlas por su representación gráfica según Lineweaver-Burk. 14.1 Inhibición competitiva En este tipo de inactivación, el inhibidor (I) posee una estructura química similar a la del sustrato: esto le permite fijarse reversiblemente en el sitio activo de la enzima excluyendo el sustrato que previamente se haya unido. La enzima no modifica el inhibidor porque éste no posee enlaces susceptibles al ataque catalítico, que si están presentes en el sustrato. La situación puede representarse con las reacciones: E + S ← ES k 2 E + P → → k −1 k1 E + I ← EI → k −3 k3 Ecuación 9 De acuerdo con esto podemos deducir que la magnitud de la inhibición dependerá de la [I] y que un exceso de S elimina la inhibición pues se usará toda la enzima libre y el equilibrio se desplazará hacia la formación de ES, y de allí a la formación de P. A partir de las ecuaciones planteadas se puede obtener1 la ecuación 10: 1 KM  [I]  1 1 = * 1 +   K  [S] + * v i V max  i  V max Donde Ecuación 10 v = velocidad de reacción en presencia del inhibidor. * V max = velocidad máxima en presencia del inhibidor K¡ constante de inhibición, Ki = [E ][I] EI 69 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La cinética con y sin inhibidor competitivo se presentaría gráficamente así: Figura 22: Catálisis enzimática inhibida competitivamente Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. Observamos que con un exceso de sustrato alcanzamos la misma Vmax que en su ausencia. No sucede lo mismo para los valores de KM pues en presencia de inhibidor (KM (2)) la constante es más alta, o lo que es lo mismo, disminuye la afinidad por el sustrato. Usando la ecuación 10 y según el método de Lineweaver-Burk, tendremos la figura 21 donde se visualiza fácilmente el cambio en KM y la igualdad en el valor de Vmax. Esta inhibición ha sido estudiada a nivel molecular con la lisozima, glicosidasa que degrada la pared celular de las bacterias y un trisacárido sintético o de manera más elemental con la deshidrogenasa succínica. 70 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 22’: Representación según Lineweaver-Burk de la inhibición competitiva Esta enzima cataliza la oxidación del succinato o fumarato según la reacción. El malonato o el oxalacetato, cuyas estructuras son: Malonato Oxalacetato Actúan como inhibidores competitivos pues al igual que el sustrato natural poseen dos grupos COO- y un tamaño adecuado para encajar en el sitio activo de la enzima. 71 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 14.2 Inhibición no competitiva Se presenta por la unión reversible del inhibidor a un sitio de la enzima libre o con sustrato, diferente del sitio activo. Esta unión provoca cambios en la conformación de la enzima alterando así el sitio activo e impidiendo por consiguiente la transformación del sustrato. Las reacciones que ocurren simultáneamente son: E + S ← ES E + P → → E + I ← EI → ES + I ← EIS → Ecuación 11 Ecuación 12 En la reacción 12, la enzima no es capaz de modificar S por las razones anotadas; en consecuencia con un exceso de sustrato no podemos recuperar la totalidad de las moléculas de enzima y por tanto no alcanzaremos la misma Vmax obtenida en ausencia de inhibidor. La figura 23 ilustra lo anterior. Figura 23: Cinética de una enzima inhibida no competitivamente Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. El tratamiento matemático de esta situación1 resulta en la ecuación 13: 1 KM  [I]  1 1  [I]  1 + *     K  [S] + * 1 + K  v i V max  i  i  V max  Ecuación 13 La cual se representa en la figura 24 y comparada con la enzima en ausencia de inhibidor muestra que decrece la Vmax pero que KM no cambia. 72 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Este tipo de inhibición se presenta con frecuencia con metabolitos intermedios que se combinan con enzimas reguladoras disminuyendo la actividad de sus sitios catalíticos. Figura 24: Representación según Lineweaver-Burk de la inhibición no competitiva Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. 14.3 Inhibición Incompetitiva La característica más importante de esta inhibición es la unión irreversible (por enlaces covalentes) del inhibidor con una de las cadenas laterales de los aminoácidos presentes en el sitio activo; en algunos casos la unión irreversible se hace sobre el complejo ES. Esta inhibición se presenta más frecuentemente con enzimas que tienen mecanismos complejos y la representación gráfica de la ecuación de Lineweaver-Burk es: 73 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 25: Representación de la inhibición Incompetitiva Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. Y su expresión matemática es: 1 KM 1 1  [I]   = * . + * 1 + v i V max [S] V max  K i    De la figura 25 deducimos que en este tipo de inhibición los valores de KM y Vmax son menores que los obtenidos en ausencia de inhibidor. El ejemplo clásico de inhibición Incompetitiva es la reacción de compuestos organofosforados (clase a la cual pertenecen muchos insecticidas) con los grupos OH de la serina presente en el sitio activo de muchas enzimas. El diisopropil fluorofosfato. (DPF) inactiva de esta forma a enzimas como la acetil colinesterasa (necesaria para la transmisión de los impulsos nerviosos), la tripsina, quimotripsina, elastasa (proteasa), etc. Podemos representar de manera simplificada la acción del DPF así: Si hacemos una revisión de lo tratado en esta sección vemos que es posible por comparación de las gráficas de Lineweaver- Burk, formarse una idea del tipo de inhibición y deducir con base en ello cuáles AA participan en el sitio activo o cuál es la estructura aproximada del sustrato natural o cuáles otros compuestos podría actuar como inhibidores. 74 permite proponer el mecanismo molecular por el cual se efectúa la catálisis. enzima producida por la bacteria Bacillus subtilis. His y Asp que según Blow (lecturas recomendadas 3 y 4) dan lugar a un sistema “relay” de transferencia de protones que le confiere al oxígeno del grupo OH de la serina. Un grupo de enzimas particularmente bien estudiado lo constituyen las proteasas de la familia de la tripsina que además de esta enzima incluye la quimotripsina. La figura 26 muestra cómo opera este sistema “relay” en la quimotripsína con su Ser 195.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Usando inhibidores incompetitivos (DPF y otros) se ha establecido que en estas proteínas el sitio activo está formado por Ser. un carácter nucleofílico que facilita el ataque del enlace peptídico y su posterior hidrólisis. elastasa. juntamente con los parámetros que inciden en la actividad enzimática. esto ha dado lugar a la idea de una convergencia evolutiva en estas enzimas. Lección 15: Sitios activos de algunas enzimas Debido a la gran variedad de enzimas existentes y por ende de sitios activos nos limitaremos a considerar los sitios catalíticos de algunas de las enzimas mejor conocidas. que en parte se han aclarado con el uso de inhibidores. His 57 y Asp 102. cuál es el tipo de inhibición que se presenta. En todas ellas hay una interesante similitud de secuencias en la región donde se localiza la serina del sitio activo. Es conveniente recordar que para establecer la estructura de un sitio activo es necesario conocer en detalle la estructura terciaria de la enzima y puede ser de gran ayuda aclarar para un inhibidor dado. A su vez el conocimiento del Sitio activo. trombina y la proteasa B de Streptomices griseus (una bacteria). 75 . En la próxima sección discutiremos algunos aspectos sobre la estructura de sitios activos de enzimas. Esta clase de sitio activo lo tienen también las proteasas de la familia de la subtilisina. La figura 26 esquematiza la situación (lectura recomendada No. Esta exopeptidasa requiere para ser activa. Los aminoácidos del sitio activo son Tyr 248. el cuarto ligando es el O del C = O del enlace peptídico que se va a hidrolizar. 4) 76 . Glu 270 y Arg 145. de la presencia de un átomo de Zn+2 que se ubica en una depresión en la cual está el sitio activo que se extiende como un bolsillo al interior de la proteína. (Glu 72) y N (His 196). (1992). Bioquímica. El Zn+2 sirve entonces para orientar el sustrato y polarizar el C=0. G. Santa fe de Bogotá.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. His. el Zn+2 forma enlaces coordinados con el N(His 69). Figura 26: Sistema “relay” Ser.: Unisur. Asp en quimotripsina Fuente: Pérez. Un segundo tipo de sitio activo podemos ilustrarlo con la Caboxipeptidasa A. Navarro Y. Navarro Y. Cu. Fe. El mecanismo de acción del Zn en la Caboxipeptidasa ha servido como modelo para otras metaloenzimas que necesitan de Zn. 77 . la complejación del metal con EDTA suprime la actividad y esto es un primer indicio de que se trata de una metaloenzimas. Figura 27: Sitio activo de la carboxipeptidasa A Fuente: Pérez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.2) gracias al uso de un análogo del sustrato natural (que es muy difícil de obtener en forma purificada). constituido por el trisacárido NAGNAG-NAG. El estudio del sitio activo de la lisozima es uno de los ejemplos clásicos que integran los datos estructurales y cinéticos obtenidos con esta enzima. Bioquímica.: Unisur. (1992). Santa fe de Bogotá. Mo. G. ocupa la mitad del sitio activo uniéndose a la enzima a través de puentes de hidrógeno e interacciones no polares. Ni u otro metal para realizar la catálisis. El mecanismo de acción de la enzima ha sido establecido por el grupo de Phillips (lectura recomendada No. La lisozima es muy abundante en la clara de huevo y secreciones mucosas y su papel fue descubierto por Fleming quien encontró que esta proteína ataca las paredes celulares bacteriales donde están presentes como unidades alternas la N-acetil glucosamina (NAG) y el ácido N-acetilmurámico (NAM) formando la mureina1. según los estudios por difracción de rayos X del complejo lisozima-trisacárido. la fijación del trisacárido provoca un cambio conformacional en la vecindad del sitio activo. Este compuesto actúa como un inhibidor competitivo que. Observando la figura 27. se encuentra como -C00.aun en condiciones ácidas.4 α-1. la estabilización del ión carbonio (C+ ) por el Asp 52 (b) y la intervención de un 0H.: Unisur. la cesión del H+ del Glu 35 sobre el O del enlace glicosidico (a). (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. la información disponible sobre la estructura primaria y terciaria. G. 78 . Santa fe de Bogotá. nos sirven para ilustrar la estrecha correlación existente entre la estructura y la función de las enzimas. que poseen una CySH en su sitio activo. Tomando como base. que resultan en variaciones de las distancias y posiciones espaciales de los grupos activos de la enzima con respecto al sustrato. además de lo anterior. La catálisis ácido-base se realiza con la intervención de los grupos carboxilo del Asp 52.4 β-1. y del Glu 35 que está en forma no disociada debido al ambiente hidrofóbico que lo rodea.(que se fija sobre el C+ ) y de un H+ (que se fija sobre el carboxilo del Glu 35) (c). que por estar situado en una región polar de la proteína. el grupo de Phillips construyó un modelo con el hexasacárido natural: α-1. Figura 28: Sitio activo de la lisozima Fuente: Pérez. Es evidente que aún pequeños cambios conformacionales.4 β-1. son los pasos por los cuales se realiza la catálisis.4 α-1. Navarro Y. Actualmente se conocen los mecanismos catalíticos de algunas enzimas más incluyendo las proteasas de tipo tiol como la papaína. pueden modificar apreciablemente la función catalítica (o reguladora) de la enzima.4 NAG NAM NAG NAM NAG NAM que ocupa todo el sitio activo y teniendo en cuenta la conformación del sustrato y del sitio activo propuso el mecanismo representado en forma simple en la figura 28. Bioquímica. Los ejemplos anteriores además de describir en detalle los mecanismos moleculares por los cuales se realiza la catálisis enzimática. ciencias agrarias. Muestre cuáles de los siguientes sustratos son atacados por las enzimas indicadas: Sustrato a. Amilosa c. EJERCICIO DE PRACTICA: 1. Lisozima e. Carboxipeptidasa ¿Cuáles son los productos resultantes en cada caso? ¿Cuáles serían las posibles aplicaciones de estas enzimas en: alimentos. Insulina Enzima 1. Celulosa f. Al frente de cada una de las siguientes enzimas coloque la clase y subclase a la que pertenecen. Fosfatasa 2. α 1.4-glicosidasa 6. Lipasa 5. Oxidorreductasa 3. Quimotripsina 4. Enzima Tripsina Quimotripsina α-amilasa Lisozima Carboxipeptidasa Lipasas Celulasa Clase Subclase 2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Hb b. medicina y ciencias pecuarias? 79 . Triglicérido d. Tetrapéptido c. Explique en qué consiste el carácter anfótero de los aminoácidos. Establezca la correspondencia entre los términos de la columna de la izquierda y los de la derecha. Aminoácido con grupo imidazol. 4. Aminoácido ácido ( ) 6. Relacione los términos correspondientes: a. Aminoácido neutro ( ) 7. Aminoácido azufrado ( ) 4.Leu .Lys ( ) 2. que pueden ser válidos para un aminoácido. 5.Met . g. Trp . Aminoácido aromático ( ) 3.Asp ( ) 1. Construya una tabla con los cuatro tipos de aminoácidos de la siguiente manera: Nombre Abreviatura Estructura pKa del grupo R Tipo 80 . Tripéptido d.Arg . His . a.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. f. AUTOEVALUACION DE LA UNIDAD 1 1. Cada término puede ser usado una vez.Gly . Glutámico Valina Lisina Aspártico Triptófano Metionina Arginina ( ) 1. b. c. Ilustre la estructura general de los aminoácidos que constituyen las proteínas e identifique sus características generales.Ser ( ) 4. Ala .Val . Explique cómo se forma un enlace peptídico.Glu ( ) 3. 3. Dipéptido b. d. e. Aminoácido básico ( ) 2. 2.Gly . Aminoácido con grupo fenólicos ( ) 5. Pentapéptido 6. varias veces o ninguna vez. Arg . Explique a partir de la curva de disociación que puede dibujar a partir de los siguientes datos.0 Arg 2. porqué la His es el único AA con capacidad tampón a pH fisiológico. 13.2 8.8 3. 10.2 9. Teniendo como criterio la naturaleza química de sus cadenas laterales. calcule los pl de los siguientes péptidos: a) Arg-Gly-Asp-Ser b) Ser-Lys-His 9.2 R-(imidazol) 6. los valores de pK de los grupos R.5 Lys 2. Recuerde cuáles son los factores que afectan la interacción de las proteínas con un solvente dado. Usando los valores de PKa de la tabla 1.0 Tabla 2: pK del grupo de la His 11. Describa las características del enlace peptídico.0 12.8 9.9 Ser 2. A partir de los valores dados en la tabla 1 represente las curvas de titulación para cada uno de los siguientes aminoácidos. indicando en los casos pertinentes. 12.5 Asp 2. Ubique las zonas con capacidad buffer y calcule el pl para cada uno: Aminoácido R α-COOH α-NH2 His 1.1 –– Gly 1. 7.8 α-NH2 9.2 6. Grupo pKa α-COOH 1. 81 .1 9.9 9.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. identificando los agentes que los provocan y los métodos de análisis usados en cada caso. Enuncie los tipos de degradación a que puede ser sometido un péptido. ¿cómo puede clasificar los aminoácidos? Cite dos ejemplos en cada caso.9 10. Cite los diferentes factores que influyen en la solubilidad de las proteínas.2 –– Tabla 1: Valores de pKa de los grupos de algunos aminoácidos 8.2 9. Explique las relaciones existentes entre la composición en AA. 15. Las interacciones con iones 18. Explique cómo están definidos los niveles de organización estructural de las proteínas. Explique el significado del término grupo prostético.amilo-1. Cuáles serán los fragmentos resultantes del ataque con: a. Compare las características de cada una de las clases de estructura secundaria que puede adoptar una proteína. Explique la correlación existente entre la estructura y la función de: a. b. e. Cite las diferentes formas como se puede desnaturalizar una proteína. Fibroina 17. 14. 19. d. 20. Dé un ejemplo en cada caso.7 82 . Si se tiene el péptido indicado.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. c. La determinación del fósforo resultante a los 20 minutos de hidrólisis se realizó colorimétricamente obteniéndose los siguientes datos: (β-glicerofosfato) moles/ml 2 (Fosfato) -9 nano moles/ml (10 moles/ml) 186. 21. 16. 22. Quimotripsina Carboxipeptidasa A (2 ataques sucesivos) Tripsina Aminopeptidasa (3 ataques sucesivos) α. En la hidrólisis de β. Analice las consecuencias de la desnaturalización sobre la actividad biológica de las proteínas. el pl de la proteína y el pH de la solución con: c. La solubilidad de la proteína d.2 a 37°C). se determinó el efecto de la concentración de sustrato sobre la actividad enzimática.Glicerotosfato con fosfatasa intestinal (pH 9. 6-glicosidasa GIu-Leu-Ala-Phe-Arg-Met-Val-Lys-His-Trp-Gly-Ala 23. Hemoglobina b. Establezca la diferencia entre estado en equilibrio y estado estacionario. Las propiedades anfóteras e. 28. 29. ¿Cómo se pueden caracterizar cinéticamente las reacciones enzimáticas? Explique el significado físico de los parámetros involucrados en este análisis.9 1189. Tipo de inhibición b. y con el método de Lineweaver-Burk determine los valores de KM y Vmax.2 470. deduzca de cada una de las siguientes gráficas: a. Teniendo en cuenta las características de los diferentes tipos de inhibición. 30. Compare entre sí los distintos tipos de inhibición enzimática 83 . Cómo cambian los valores de KM y Vmax respecto a los obtenidos sin inhibidor. 24.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. ¿Dé ejemplos en cada caso? 26. Teniendo en cuenta el tipo de reacción que catalizan. 3 8 12 16 20 40 311. Escriba las características que sirven para identificar la acción de las enzimas.6 706.5 742.1 646. la temperatura y los efectores en la actividad de las enzimas.7 Calcule la velocidad para cada concentración de sustrato. ¿De qué otra manera podría representar gráficamente estas inhibiciones? 25. Explique cómo influyen el pH. ¿cómo se pueden clasificar las enzimas? 27. Analice las diferentes zonas que se pueden presentar en la catálisis enzimática. 1968.. .Advances in Enzymology. LECTURAS RECOMENDADAS Usted puede profundizar algunos de los temas estudiados del capitulo 1y 2 consultando las siguientes referencias: 1.... 2. Enzyme Kinetics /R... ..En: Ibid. Biochemistry / D..New York: Academic press. 1977.. Phillips.p 374-379.. .O. Serine proteases. 1971.Annual Review Biochemistry. Alberty. p. P:L. Perutz. La estructura tridimensional de una enzima / D. 84 . Usted puede profundizar algunos de los temas estudiados del capitulo 3 consultando las siguientes referencias: 1. 1956.A.. Structure an mechanism of catalysis /J. .En: Ibid... Metzler....-En: Las bases moleculares de la vida/ R.P. Doty: En: La base molecular de la vida /Julio R Villanueva: Lecturas del Scientific American.Vol 46.San Francisco: Freeman Co. La molécula de la insulina / E. E. 1977....p331 4..Kraut. Thompson. Proteínas/P. .Madrid: Blume.p1 2. p39..Vol 17. 3. .C. F. Haynes.24 3.p31..UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La molécula de hemoglobina / M. Hanawalt.H. Barcelona: Omega.: Unisur. (1967). G. Navarro Y. Química de alimentos. Acribia. R.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Londres: McGraw Hill. modificaciones químicas. Ramírez. Pérez. Proteínas alimentarías: bioquímica. Barcelona. Bioquímica experimental. (1992). G.. Propiedades funcionales. Plumer.D (1981). Bioquímica práctica. Litwack. valor nutritivo. México: Limusa. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia. Bioquímica experimental. Rogelio Hernández M (1979). Santa fe de Bogotá. 85 .segunda edición (2009). BIBLIOGRAFIA USADA EN LA ACTUALIZACION DE LA UNIDAD Cheftel (1999). Bioquímica. la relación con los ácidos nucleicos está en la producción de nuevas proteínas y enzimas utilizando la biotecnología alimentaria. el saber los conceptos los ácidos nucleicos conlleva a la formulación de nuevas técnicas de cultivo y control de plagas. a comprender el papel fundamental de la transmisión de los caracteres genéticos para la conservación. como son las generalidades. el manejo y comprensión de los temas que en esta unidad se presentan. modificación y creación de nuevas características genéticas. Para los regentes. es importante porque es la base para otros cursos como genética y biotecnología y para los profesionales de las áreas de ciencias agrarias. UNIDAD DIDACTICA 2: ÁCIDOS NUCLÉICOS Y BIOENERGÉTICA INTRODUCCION En esta unidad. la cual es muy aplicada en todos los perfiles a quien va dirigido este curso. comprender la obtención de medicamentos a partir de la manipulación contenida en el ADN.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Conocer las generalidades. clasificación y estructura de los ácidos nucléicos. Esta unidad es la base para que los estudiantes en formación profesional relacione las técnicas del ADN recombinante. Es de vital importancia para los estudiantes de la formación profesional y técnica de los programas de ingeniería de alimentos. Los estudiantes deben relacionar los conceptos teóricos con la aplicación en contexto real de sus profesiones. se encuentran los conceptos básicos que un estudiante de Bioquímica debe manejar. los nexos de la bioquímica con estos campos disciplinares se derivan en que la bioquímica como parte de las ciencias biológicas maneja los conceptos teóricos derivados de investigaciones en donde se explican el funcionamiento y mecanismos químicos a nivel celular para el mantenimiento de los procesos vitales de organismo de origen vegetal y animal. clasificación y estructura de los ácidos nucleicos. 86 . conlleva a los estudiantes de los programas mencionados. producción animal y regentes de farmacia. Para el área de los zootecnistas y tecnólogos en producción animal. por ejemplo. zootecnia. Para el área de alimentos. agroforestal. agronómica. El estudio detallado de la unidad puede conducir a los estudiantes a plantear procesos y proyectos que conduzcan a fomentar la cultura investigativa. 87 . zootecnia y producción animal. Es preciso el diseño de esta unidad porque se presentan los conceptos sobre ácidos nucleicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. JUSTIFICACION El desarrollo de esta unidad se hace necesario en el curso de bioquímica porque contiene las temáticas básicas para los estudiantes que toman cursos de las ciencias básicas referentes a la compresión de contextos de las ciencias biológicas. ADN y ARN. temas de fácil comprensión pero que requieren de la activación metacógnitiva de presaberes de cursos como Biología y microbiología. Su estructuración permite al estudiante comprender los conceptos sobre las generalidades. agroforestal. clasificación y estructura de nucelósidos. temáticas que le pueden ser útiles en el perfil profesional de los estudiantes de ingeniería de alimentos. agronómica. nucleótidos. Reconocer las diferencias más notorias en lo referente a la complejidad y organización supramacromolecular del DNA en virus. OBJETIVOS CAPÍTULO 4: ESTRUCTURA DE BASES. Identificar los factores que controlan el metabolismo en una célula. Utilizar conceptos termodinámicos para predecir la dirección de las reacciones metabólicas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Analizar el papel del ATP en las reacciones de fosforilación. • Analizar la estructura química de nucelósidos y nucleótidos. secundaria y terciana del t-RNA. CAPITULO 6: INTRODUCCION AL METABOLISMO Y BIOENERGETICA • • • • • • Explicar las principales actividades que se desarrollan en el metabolismo. procariotas y eucariotes. Ilustrar los principios de compartamentalización y universalidad de las vías metabólicas. Explicar las características de los diferentes niveles estructurales del DNA. Describir las características más notables de la estructura primaria. CAPÍTULO 5: ÁCIDOS NUCLEICOS • • • • • Diferenciar las clases de ácidos nucleicos existentes con base en sus propiedades estructurales y funcionales. Identificar los nucleótidos constitutivos de los ácidos nucleicos. 88 . Reconocer las diferencias existentes en la utilización de la energía y los elementos en la biósfera. NUCELÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS • Diferencia los tipos de bases nitrogenadas que conforman los ácidos nucleicos • Analizar la formación de nucelósidos y nucleótidos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. CONTENIDO DE LA UNIDAD CAPITULO 4: ESTRUCTURA DE BASES. NUCLEÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS CAPITULO 5: ACIDOS NUCLEICOS CAPITULO 6: INTRODUCCION AL METABOLISMO 89 . Teijon. 10 Garrido.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La unión del azúcar (ribosa o 2-desoxirribosa) y una base nitrogenada (purina o pirimidina) por un enlace N-glucosídico se denomina nucleósido. España: Editorial Tebar. NUCELÓSIDOS Y NUCLEÓTIDOS En este capítulo el estudiante puede encontrar en forma breve y clara los conceptos de las estructuras básicas que componen los ácidos nucleicos. CAPITULO 4: ESTRUCTURA DE BASES. José María (2008). un azúcar y una molécula de ácido fosfórico. Armando. Madrid. Lección 16: Componentes de los ácidos nucleicos10 Para Garrido. la información genética es almacenada y transmitida por los ácidos nucleicos ADN y ARN. Fundamentos de Bioquímica estructural. es así que el estudiante comienza el estudio de este capítulo con la estructura de bases nitrogenadas para llegar a comprender la formación de los nucleósidos y nucleótidos siendo estos últimos las unidades monoméricas de los ácidos ADN y ARN. medio ambiente. El compuesto formado por la esterificación de un nucleósido por ácido fosfórico es un nucleótido. Los ácidos nucleicos están formados por tres unidades fundamentales: una base nitrogenada. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. También el estudiante analiza que aparte de los nucleótidos que se pueden encontrar en los ácidos nucleicos hay otros de interés en los diferentes campos de la medicina. Teijon. Armando. José María (2008). que son macromoléculas resultantes de la polimerización de un número elevado de nucleótidos. etc. 90 . con D-ribosa. estos contiene D-2-desoxirribosa para el caso del ADN. Teijon. España: Editorial Tebar. Santa fe de Bogotá. Los nucleótidos que constituyen los ácidos son desoxirribonucleótidos. Figura 29: Formación de monómeros de los ácidos nucleicos Fuente: Garrido. Bioquímica. llamadas así por ser la purina la base original. Madrid. en el caso de ARN. G.1 Bases En lo referente las bases nitrogenadas tenemos dos estructuras fundamentales de donde se derivan todas las bases constituyentes: • Bases purínicas. 91 . Lección 17: Estructura de bases11 17.: Unisur.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Armando. José María (2008). Purina 11 Pérez. Fundamentos de Bioquímica estructural. que da lugar a la Adenina (abreviada A) y Guanina (G) como bases comunes (o muy frecuentes). (1992). Navarro Y. las llamadas raras (o poco frecuentes). • Bases pirimidínicas. Generalmente estas bases son derivadas metil.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. se encuentran con alguna frecuencia. hidroximetil o productos de oxidación o reducción de las bases comunes. Adenina (A) Guanina (G) Estas bases se encuentran tanto en DNA como en RNA. Uracilo (U) que es característico del RNA y Timina (T) que se encuentra en el DNA. especialmente en algunas clases de RNA. Como ejemplos podemos citar: Inosina (l) 1-Metil-I (Me-I) 5-metil-C (5-Me-C) 92 . Pirimidina Citosina (C) Uracilo (U) Timina (T) Además de las bases anteriores. originadas en la pirimidina que genera como bases comunes la Citosina (C). Como ya se ha mencionado. 93 . 5 -Hidroximetil-G (5-OHMe-G) Dihidrouridina (DHU) Seudo uridina (ψ) 2 Metil-Guanina (2Me-G o G*) Más adelante veremos cuál es la importancia de estas bases raras. Teijon.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. José María (2008). esta ribosa ha perdido un oxígeno del grupo hidroxilo en la posición 2. España: Editorial Tebar. Madrid. Es conveniente señalar que todas las moléculas anteriores tienen carácter básico y corresponden al tipo de aminas aromáticas. en el ADN.1 el azúcar El azúcar que participa en la formación de los nucleósidos es una aldosa de cinco carbonos llamada ribosa. Fundamentos de Bioquímica estructural. Lección 18: Nucelósidos 18. Armando. por ello toma el nombre de desoxi: Figura 30: Pentosas presentes en los ácidos nucleicos Fuente: Garrido. En general: En el ADN: D-2. Por ejemplo con Adenina y Citosina tendríamos: Adenosina 2 -Deoadenosina Citidina Deoxicitidina Figura 31: Enlace N-glicosídico de los nucelósidos Fuente: Garrido. Fundamentos de Bioquímica estructural. Armando. Teijon.2 Formación de nucleósido Se forman por la unión de una pentosa (ribosa o deoxirribosa) a una base purínicas o pirimidínicas a través de un enlace N-glicosídico en las posiciones 9 y 3 respectivamente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.desoxirribosa En el ARN: D-ribosa 18. José María (2008). Madrid. A continuación se presentan los ribonucleósidos y desoxirribonulceosidos presentes en los ácidos nucleicos: 94 . España: Editorial Tebar. Armando. Tabla 13: ribonucleósidos y desoxirribonulceosidos presentes en los ácidos nucleicos Fuente: Garrido. Fundamentos de Bioquímica estructural. y están presentes en el ARN. José María (2008). Los nucleósidos con U. T y G son respectivamente: Uridina (o deoxi-Uridína). y están presentes en el ADN. 95 . Teijon. Tímidina (o deoxí-Timidina) y Guanosina (o deoxi. en la siguiente figura. Madrid. la formación de nucleótido se produce mediante un enlace fosfodiester en el que participan un grupo OH del ácido fosfórico y el H del OH del carbono 5 del azúcar con pérdida de una molécula de agua. José María (2008). Armando. se indica la formación del AMP: Figura 32: Formación del AMP Fuente: Garrido. el nucleósido se denomina Desoxirribonucleico. Fundamentos de Bioquímica estructural. Madrid.Guanosina).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. España: Editorial Tebar. Teijon. Lección 19: Nucleótidos Para Garrido. el nucleósido se denomina ribonucelósido. Cuando se trata de una D-2-desoxirribosa. España: Editorial Tebar. Teijon. José María (2008). Armando. Cuando el azúcar es ribosa. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En el caso del trifosfonucleotido la posición relativa de los grupos P se indica con α. ADP y ATP. β y γ. se sobreentiende que está en 5’. En síntesis: Resultan de la esterificación de un nucleósido por uno o varios grupos fosfato P . Los nucleótidos biológicamente más importantes portan el fosfato en el OH-5’ de la ribosa o desoxirribosa y por convención cuando no se especifica la posición del fosfato. los deoxirribonucleotidos (formados con deoxirribosa) serán entonces d-AMP. Adenosin monofosfato ≡ AMP Adenosin difostato ≡ ADP Adenosin trifosfato ≡ ATP 96 . se pueden obtener los nucleótidos AMP. d-ADP y d-ATP. Dependiendo del número de grupos que intervengan. a partir de la adenosina. Teijon. De una manera análoga tendremos GMP. como lo veremos en capítulos posteriores. CDP. UMP. GDP. TMI) son los bloques constituyentes de los diferentes tipos de ácidos nucleicos en forma similar a como los AA son los bloques constituyentes de los péptidos y proteínas. CONSULTA LOS SIGUIENTE ENLACES VIRTUALES PARA PROFUNDIZAR EN EL TEMA: http://biomodel. UMP. España: Editorial Tebar. CMP. Armando.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. activamente en innumerables reacciones del metabolismo y como precursores en la síntesis de los ácidos nucleicos. etc. José María (2008).uah. CMP.htm http://www. GMP. Los monofosfonucleotidos (AMP. tri y aún tetra) intervienen. Madrid. Los nucleótidos que se encuentran en los ácidos nucleicos son: Tabla 14: nucleótidos que se encuentran en los ácidos nucleicos Fuente: Garrido.youtube. los otros nucleótidos (di.es/model1j/prot/inicio. Fundamentos de Bioquímica estructural.com/watch?v=Gn8NaEEEykk 97 . Garrido. España: Editorial Tebar. España: Editorial Tebar. España: Editorial Tebar. por ejemplo el citidin-5´-difosfato (CDP). Teijon. Tales es el caso del adenosin 3´-5´-fosfato cíclico (APMc): Estructura del AMPc Fuente: Garrido. Teijon. Madrid.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Armando. Armando. José María (2008). Existen. Teijon. que transporta moléculas de colina para la síntesis de lípidos. José María (2008). 12 98 . José María (2008). Madrid. o él uridin-5´-difosfato (UDP). Lección 20: Otros nucleótidos de interés bioquímico12 Según Garrido. Madrid. Fundamentos de Bioquímica estructural. nucleótidos de gran importancia biológica que no forman parte de los ácidos nucleicos. como mensajero en la regulación hormonal del También existen difosfatos de nucleósidos que merecen un entrés especial. Armando. Fundamentos de Bioquímica estructural. Armando. Fundamentos de Bioquímica estructural. Teijon. Fuente: figura 33: estructuras de difosfatos de nucleósidos Fuente: Garrido. José María (2008). Este nucleótido actúa metabolismo. que participa en la síntesis del glucógeno. la Secundaria. la primaria se debe a alteraciones en la regulación de la biosíntesis de purinas . sustancias importantes para la conservación de las especies. síntesis de un gran número de compuestos o transporte activo a través de ls membranas celulares. (1992).: Unisur 99 . La gota puede ser primaria o secundaria. y en la articulaciones y en otros tejidos se depositan cristales de urato sódico. en el cual se descubrió que esta molécula tiene estructura primaria y secundaria y que es la encargada de conservar la información genética de generación en generación y para su 13 ( Pérez. Navarro Y. ¿ conoces alguno de ellos? Comienza a escribir un documento con relación a este tema usando la herramienta vitual de tu curso. En el tratamiento de enfermedades existen nucleósidos naturales y sintéticos que hacen parte de los principios activos de ciertos fármacos. El estudiante analiza que el ADN es una macromolécula que gracias a las investigaciones durante el siglo XXI. artritis gotosa y cálculos renales. Este compuesto es la reserva energética de los procesos endergónicos del metabolismo tales como la contracción muscular. Bioquímica. La hiperuricemia puede causar inflamación aguda (clásicamente en el dedo gordo del pie). La gota. ¡Interesante tema para continuarlo en la herramienta virtual de tu curso. Señor estudiante: Sabía que……………. el wiki portafolio del curso! CAPITULO 5: ACIDOS NUCLEICOS13 En este capítulo el estudiante puede encontrar en forma breve y clara la estructura general de los ácidos nucleicos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. produce una menos excreción de urato. G. es una alteración en la que existe una formación excesiva de ácido úrico y una producción excesiva de purinas? El ácido úrico pasa a la sangre. el wiki (portafolio del curso). Entre los trifosfatos de nucelótidos se destaca por sus funciones el adenosin-5´trifosfato (ATP). los ácidos nucleicos tienen una gran densidad de carga negativa y en consecuencia se comportan como polianiones. • Grupos fosfato. Los conceptos anteriores son una síntesis que involucra múltiples procesos de gran complejidad que iremos discutiendo a lo largo de varios capítulos. Esto ya los diferencia de las proteínas (cuyos pesos moleculares rara vez superan los 5 x 105 daltons) y de los polisacáridos (con PM menores o iguales a 106 daltons). trataremos de exponer en ésta las características y las propiedades estructurales más sobresalientes de los ácidos nucleicos. según sea el tipo de ácido nucleico. 100 . en términos generales. funcionales o reguladores en el organismo. Lección 21: Generalidades Los ácidos nucleicos tienen. La hidrólisis completa de los ácidos nucleicos produce característicamente: • Bases purínicas y pirimidínicas. con poliaminas. histonas o Mg+2. Estos biopolímeros se caracterizan por poseer (con excepción de una clase de RNA) pesos moleculares muy elevados que se sitúan entre 106 y 109 daltons. Tomando como criterios su composición química y función. Por lo tanto. la función de conservar y transmitir el mensaje genético que caracteriza cada organismo vivo. La expresión tangible de ese mensaje se realiza a través de la síntesis de proteínas que actúan como catalizadores. expresión. además de otras propiedades. la célula recure a la síntesis de un segundo ácido nucleico como es el ARN y de acuerdo a su ubicación celular. estos pueden ser ARNm. El capítulo presenta figuras temáticas. componentes estructurales. Debido a la presencia de un altísimo número de grupos fosfato. • El ácido ribonucleico o RNA (o ARN). de las estructuras para mejor compresión de las Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. esta carga se neutraliza. • Pentosas correspondientes a la ribosa o desoxirribosa. los ácidos nucleicos se pueden diferenciar en dos grandes tipos: • El ácido desoxirribonucleico o DNA (o ADN). ARNt y ARNr. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 21. G) y pirimidínicas (C. Bioquímica. 2% extracromosomal del Expresión genético del mensaje Localización Variada según la clase de RNA Fuente: Pérez.1 Estructura Primaria Tal como lo mencionamos antes. 98% en zona nuclear.1 Estructura de bases. bases purínicas (A.Bases PM (daltons) Función DNA Deoxirribosa Timina 10 -10 6 9 RNA Ribosa Uracilo ≤ 10 8 Conservación mensaje genético. 22. Tabla 15: Diferencias entre DNA y RNA Parámetro Composición . difieren de los RNA clásicos que discutiremos más adelante.: Unisur. Lección 22: Estructura del ADN En el DNA podemos identificar tres niveles de organización estructural definidos en forma similar a la utilizada con las proteínas. G. Las diferencias señaladas son aplicables a las moléculas de DNA y RNA aisladas de la célula por los procesos convencionales ya que existen excepciones como son los precursores de RNA cuyo tamaño y localización original. la hidrólisis total del DNA produce grupos fosfato. se usan endonucleasas (atacan al interior de la molécula) del tipo de las fosfodiesterasas o de las deoxirnbonucleasas (DNAsa) 1 y II y exonucleasas (atacan en las extremidades 3’ 101 . se ha avanzado mucho más en los estudios estructurales del DNA de procariotes. (1992). nucleósidos y nucleótidos Para comprender mejor la estructura y las propiedades de los ácidos nucleicos es conveniente discutir previamente las estructuras de sus constituyentes.Pentosa . la hidrólisis química proporciona poca información pues el DNA es resistente a los álcalis y el tratamiento con ácidos causa frecuentemente una depurinación o sea la pérdida de las bases purínicas. La tabla 13 nos muestra las diferencias existentes en términos de los parámetros indicados. T) y deoxirribosa. Santa fe de Bogotá. Navarro Y. Dado que el DNA proveniente de virus y bacterias es menos complejo que el DNA de células eucarióticas y se puede obtener más fácilmente y en mayor cantidad. Ver Figura 34: Estructura fundamental de un segmento de una cadena de DNA Por ello los datos disponibles sobre la composición en bases han sido obtenidos empleando diversas enzimas con diferente especificidad.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La figura 28 ilustra esta situación para un fragmento muy pequeño de una cadena de DNA.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. • 102 . Por cada nucleótido presente hay un grupo fosfato con una carga negativa. P Al observar esta figura notamos varias cosas: • Cada deoxirribosa. con una secuencia hipotética. con excepción de las terminales. El análisis de los productos de hidrólisis resultantes en cada caso (oligonucleótidos. Si imaginamos la acción de una enzima capaz de romper en la posición 3’ indicada por las flechas tendríamos al final una mezcla de nucleótidos 5’ • P y un nucleósido. Por convención se considera que la cadena comienza en su extremo 5’ libre y termina en su extremo 3’libre. deoxirribonucleótidos con en 3’. y 5’ de la molécula respectivamente) de tipo a o b. deoxirribonucleótidos con P en 5’. etc) ha permitido deducir que la estructura básica de una cadena (o banda) de DNA consiste en la sucesión de mononucleótidos unidos entre sí por enlaces fosfodiester. Uno de los extremos corresponde a la deoxirribosa con su OH. lo que significa que en un DNA con 1.3’ libre (extremo 3’). está formando enlaces éster con P a través de sus hidroxilos 3’ y 5’.000 nucleótidos (que sería un DNA muy pequeño) tendremos una altísima densidad de cargas negativas.5’ no esterificado (extremo 5’) y el otro a la pentosa con su OH. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. 103 . G. (1992). Navarro Y. b. Figura34: Estructura fundamental de un segmento de una cadena de DNA Fuente: Pérez.: Unisur La estructura de la figura 34 podemos representarla de varias maneras todas simplificadas: a. Bioquímica. rupturas químicas y enzimáticas específicas y separación y caracterización de los fragmentos.deoxirribosafosfato-deoxirribosa-fosfato... Los estudios comparativos realizados por el grupo de Chargaff con DNA de diferentes especies permitieron establecer dos hechos muy interesantes que se conocen como las reglas de Chargaff. Ley de grupos. animales o vegetales). En (a) la deoxirribosa se indica por la línea vertical con las posiciones 5’ y 3’ y las bases unidas al azúcar se indican con sus abreviaturas correspondientes. Recientemente y gracias a nuevas técnicas ha sido posible determinar la secuencia compleja de un virus y la de varios genes de procariotes. El primero consiste en que la cantidad de Adenina es igual a la de Timina y la de Guanina igual a la de Citosina. En (b) sólo se muestra el orden de las bases indicando con d que se trata de una cadena formada con deoxirribosa y se sobreentiende que las bases no se unen directamente sino que el esqueleto de la cadena es la sucesión.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. El establecimiento de la secuencia de nucleótidos del DNA ha sido muy difícil debido al gran tamaño de la molécula (PM >106). En el caso de los eucariotes la mayor complejidad del genoma ha dificultado considerablemente La determinación de secuencias del DNA. ley de porcentajes. Se demostró 104 . esto se pudo explicar posteriormente cuando se determinó la estructura secundaria y terciaria del DNA. Señor estudiante: Conoces algo sobre Edwin Chargaff? Él postulo las leyes de: primera y segunda ley de paridad. La estrategia es similar a la empleada con las proteínas empleando marcación con radioisótopos.2 Estructura secundaria y terciaria La elucidación de la estructura espacial del DNA fue posible gracias a la información química disponible (1a y 2a reglas de Chargaff) y a la suministrada por el análisis por rayos X de las preparaciones para-cristalinas de DNA. 22. a la complejidad de los hidrolizados y a la ausencia de segmentos distintivos por no haber sino cuatro bases diferentes. La segunda regla de Chargaff consiste en que la relación (A+T) / (G+C) posee un valor constante para cada especie y se usa como un criterio para la determinación de especies (bacteriales. Excelente tema para trabajarlo en el wiki del curso………. Navarro Y. propusieron un modelo tridimensional que luego fue comprobado experimentalmente. G. encontrándose superpuestas con una separación entre cada par del orden de 3.4 Å. Integrando la información disponible y con la ayuda de modelos moleculares. Los pares de bases se disponen perpendicularmente al eje de la molécula en número de 10 por cada vuelta de la hélice. la existencia de estructuras ordenadas con una unidad de repetición muy estable de 3. Figura 35: Asociación de las bases complementarias en el DNA Fuente: Pérez. situadas cada una en una banda. (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Watson y Crick en 1953. Considerando el tamaño de las bases. Bioquímica. el diámetro de la fibra de DNA (20 Å) y la estructura de las bases. se propuso que los pares de bases son A: T (unidos por dos puentes de H2) y G: C (unidos por tres puentes de H2). la figura 35 nos muestra cómo se establecen los puentes de H2 entre las bases complementarias.4 Å y otra más débil de 34 Å. Santa fe de Bogotá. la cual se parecía a algunas α-queratina. que corresponde a la distancia de la unidad de repetición más débil.: Unisur. El modelo postula que el DNA está formado por dos cadenas enrolladas helicoidalmente entre sí. En la molécula las estructuras polares (deoxirribosa y grupos fosfato) se sitúan al exterior de la hélice estando en contacto con el solvente y otras moléculas y las bases que son poco polares (por ser de naturaleza aromática) se localizan al 105 . mantenidas y estabilizadas por la formación de puentes de H2 entre pares de bases llamadas complementarias. muchas de las propiedades del DNA en solución (alta viscosidad. Lección 23: Complejidad y estructura supramacromolecular del DNA en el genoma La complejidad y localización del DNA varía según sea la entidad funcional (virus. Esta estructura en doble hélice explica por qué en el DNA tenemos cantidades iguales de T y A o de C y G (la regla de Chargaff). Observamos en la figura 36 que las dos bandas son antiparalelas. lo cual ocurre durante su biosíntesis como veremos posteriormente. G. es decir corren en direcciones opuestas ya que los extremos 5’ no se encuentran del mismo lado. procariotes o eucariotes) que consideremos. Santa fe de Bogotá.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En los virus cuyo material genético es DNA (generalmente virus animales o bacteriales y algunos vegetales) tenemos una forma circular donde se han unido los extremos 3’ y 5 y en la mayoría están presentes las dos bandas de DNA. Figura 36: Estructura en doble hélice del DNA Fuente: Pérez. en unos pocos por ejemplo: virus Ø x 174 sólo hay una banda y por ello son una excepción a la primera regla de Chargaff pues no existe el apareamiento A : T y G 106 . interior. Una representación simplificada de esta doble hélice se indica en la figura 36. Navarro Y.: Unisur. la estabilidad (proporcionada por el alto número de puentes de H2 que se forman). Bioquímica. (1992). fragilidad al pasarlo por capilares) y permite proponer como se efectúa su copia en dos moléculas intactas. asociados a este único cromosoma se hallan enzimas. más pequeño y también circular. Los pesos moleculares son considerables.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En los eucariotes la gran mayoría del DNA (aproximadamente 98%) forma parte de la cromatina en el núcleo y el resto está en partículas como las mitocondrias o cloroplastos. lo que hace que las células humanas tengan 600 veces más DNA que la E. teniendo la molécula varios millones de bases apareados. : C. si estuviera extendido tendría una longitud de 2 metros. viscosidad. En las células procanóticas el DNA es circular. La circunferencia de estos DNA virales (determinada por microscopia electrónica) es mayor que la partícula viral completa. propiedades físicas como densidad. Una ilustración del grado de compactación se deduce del hecho de que el DNA de una célula eucariote con un diámetro de 10-20 µm. ej. 107 . de doble banda y se encuentra anclado en un punto a la membrana celular estando en contacto con el material citoplasmático. 2.coIl. éste DNA extranuclear es diferente del nuclear respecto a su composición. ellos son portadores de unos pocos genes que confieren a la bacteria ciertas características como la resistencia a los antibióticos. etc y asociación con proteínas. Cada cromosoma tiene un DNA 4 a 100 veces mayor que el DNA de E. coIi. El peso molecular de los DNA oscila entre 3 y 120 X 106 lo que facilita el estudio de su secuencia. que son los llamados plásmidos.600 x 106 para el DNA de E. poliamidas o Mg+2 y el DNA existe en una forma superenrollada muy compacta. esto implica que el DNA en el virus está empacado en forma muy compacta y recubierta por las proteinas virales de envoltura. Además de este DNA cromosomial puede haber DNA adicional. En la cromatina el DNA lineal (35%) se asocia con histonas (60% en total) y proteínas ácidas y RNA (5%) dando lugar a una estructura muy compacta con una organización espacial no muy bien conocida.coIi. Los datos anteriores nos muestran la enorme complejidad organizacional que tiene el DNA eucariótico y por ello su estudio es uno de los grandes temas de la biología molecular actual. • m-RNA o RNA mensajero.esp.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. esta clase de RNA es bastante lábil y por tanto muy díficil de aislar.cnice. hay una gran cantidad de virus cuyo material genético es RNA. algunos r-RNA pueden tener PM entre 5 x 105 y 2 x 106. CONSULTA LOS EL TEMA: SIGUIENTE ENLACES VIRTUALES PARA PROFUNDIZAR EN http://recursos. Se encuentra tanto en el núcleo como en el citoplasma como una mezcla muy compleja de moléculas cuyos PM oscilan entre 5 x 105 y 1 x 106.com/DNAanatomy. r-RNA o RNA ribosomal.johnkyrk. se han identificado recientemente otros RNA presentes en el núcleo cuyo período de vida es muy corto y que parece actúan como precursores de los RNA clásicos o durante la síntesis de DNA (Hn-RNA. aisladas de la célula por procedimientos de laboratorio bien establecidos.cnice.000 a 8. • Además de estos tres tipos de RNA que podríamos considerar como los RNA clásicos. Hay tres tipos de r-RNA diferentes cuya complejidad (en razón de su mayor tamaño) es mayor en los eucariotes que en los procariotes.1 Clasificación Tradicionalmente el RNA se ha clasificado tomando como criterio las especies moleculares más o menos estables. MS2. Por otra parte. es el más pequeño de los ácidos nucléicos ya que su peso molecular está en el rango 7. Se encuentra en el citoplasma celular en forma libre o asociado a un AA dado. Se localiza en los ribosomas de procariotes y de eucariotes donde representa aproximadamente un 50% deI total de estas partículas subcelulares. Estos RNA se dividen en tres clases: • t-RNA o RNA de transferencia.mec. en consecuencia existen unas 20 especies moleculares distintas. Rl7 y Qβ cuyo estudio ha permitido 108 . tales como los bacteriófagos F2.000 y se puede aislar con cierta facilidad por ser estable.htm http://www. c-RNA.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/videoadn Lección 24: RNA 24.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biomol/actividades/videoadn /adn.html http://recursos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Estructura primaria Aun cuando el RNA es susceptible a la hidrólisis básica. entender mejor cómo actúan estos virus y cuáles enzimas están involucradas en su biosíntesis y regulación. quedando siempre libre el hidróxilo 2’. secundaria y terciaria cuyas características son intensamente estudiadas en la actualidad. La secuencia de nucleótidos ha sido establecida en el RNA del virus R17 y en numerosos t-RNA. debido a la ribosa presente. Los trabajos iniciales se adelantaron indistintamente con las tres clases de RNA y posteriormente para estudiar en detalle la organización estructural se seleccionó el t-RNA puesto que su menor tamaño. En otros RNA se conocen fragmentos de su secuencia pero su gran tamaño y las dificultades encontradas en su purificación no han permitido avanzar en estos aspectos. fosfodiesterasas y exonucleasas proporcionan la información que nos permite representar la estructura fundamental del RNA. el RNA posee estructura primaria. • El sentido de la cadena se define igual a lo ya explicado con el DNA (dirección 5’ 3’). Lección 25: Estructura del RNA De manera análoga a lo discutido con el DNA. el ataque por enzimas como la ribonucleasa (RNAsa). • La composición en bases no sigue las reglas de Chargaff y las bases raras son especialmente abundantes en el t-RNA (aproximadamente un 20%). lo cual implica una estructura lineal sin que haya ramificaciones. Como características sobresalientes de la estructura primaria del RNA podríamos citar las siguientes: • La formación de enlaces fosfodiester se hace a través de los hidroxilos 3’ y 5’ de la ribosa. estabilidad y relativa facilidad de purificación constituían ventajas apreciables en comparación con las otras clases de RNA. • La molécula es un polianión con muchas cargas negativas. 109 . figura 37. Sin embargo su utilidad reside en que permite precisar las siguientes características que son comunes a todos los t-RNA: • Aunque no hay sino una sóla banda con 75-80 nucleótidos (a diferencia del DNA) hay tres segmentos o brazos en que las bases complementarias A : U y G : C forman puentes de H2. a la conformación de la molécula.1 Estructura secundaria y terciaria La comparación de secuencias de muchos t-RNA ha sido posible gracias a los trabajos de Holley y ha permitido establecer una estructura general llamada hoja de trébol que se ilustra en la figura 38. 25. Esta representación estructural es puramente bidimensional y no corresponde. 110 .: Unisur. como veremos más adelante. contribuyendo así a estabilizar la estructura.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. (1992). G. Navarro Y. Bioquímica. Figura 37: Estructura fundamental de un segmento de RNA Fuente: Pérez. Navarro Y. (1992). El extremo 3’ siempre tiene la secuencia A-C-C y allí se fija el AA que es transportado específicamente por un t-RNA dado. • Las regiones donde se encuentran las bases raras (G* ψ. debido a los sustituyentes de las bases raras. En esta representación los brazos. Santa fe de Bogotá. 111 . por las zonas claras.: Unisur. La figura 39 es una representación simplificada de la estructura terciaria del t-RNA. Bioquímica. con sus bases complementarias. En uno de los tres bucles existentes se encuentra el triplete de bases que constituye el anticodón que determina cuál AA se une al t-RNA. que a una hoja de trébol. G. se indican por las zonas sombreadas y los bucles. • Figura 38: Estructura general en hoja de trébol de t-RNA Fuente: Pérez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. DHU) no muestran apareamiento de bases. Los estudios de difracción de rayos X realizados por el grupo de Rich sobre t-RNA para Phe han mostrado que la molécula tiene una estructura terciaria más parecida a una L invertida y retorcida. y reciben el nombre de bucles. Sin embargo hoy en día se sabe muy poco sobre la organización estructural de m-RNA y r-RNA. Santa fe de Bogotá: Unisur. debido probablemente a la carencia de técnicas adecuadas para estudiarlas. ha sido considerablemente facilitada por estos estudios estructurales. G. (1992). La comprensión del funcionamiento de estos t-RNA en la biosíntesis de proteínas. que discutiremos posteriormente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 112 . Bioquímica. OBSERVA EN LA PAGINA PRINCIPAL DEL CURSO LA PRESENTACION EN FLASH SOBRE SINTESIS DE PROTEINA Figura 39: Estructura terciaria del t-RNA para Phe Fuente: Pérez. Navarro Y. Santa fe de Bogotá. Grupo fosfato e) DNA 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. CDP 1) Nudeósido b. d-TMP 7) Base pirimidínica 2. Bioquímica. Navarro Y. EJERCICIO DE PRACTICA: 1. Timidina 3) Bloque constituyente de DNA d.: Unisur. Puede usarlo una vez. Asocie cada una de las siguientes moléculas con el (los) tipo(s) de estructura(s) correspondiente(s). 113 . d-CMP 5) Bloque constituyente de RNA f. Ribosa a) Trifosforribonucleótido b. G. para ello. Establezca la correspondencia entre las moléculas y la(s) estructura(s) en que se encuentran presentes: Molécula Estructura a. ¿Porqué la estructura en doble hélice del DNA permite explicarla primera regla de Chargaff y los valores obtenidos para las unidades de repetición? Esquematice esta estructura indicando los apareamientos que se presentan. ATP d) Nucleósido e. se presentan conceptos básicos sobre cómo la célula trabaja con el mínimo gasto energético. CAPITULO 6: INTRODUCCION AL METABOLISMO Y BIOENERGETICA14 En este capítulo el estudiante encuentra la relación que existe entre la termodinámica y el gasto energético en los sistemas biológicos. AMP b) RNA c. para mayor entendimiento. física general. termodinámica. (1992). varias veces o ninguna vez. Guanina 6) Difosfonucleótido g. d-GMP c) Trifosfodeoxirribonucleótido d. Molécula Tipo de estructura a. Mediante un grafico esquematice la participación del ADN y ARN en la síntesis de proteínas. 4. estudiante debe activar conocimientos de cursos anteriores como química general. 14 Pérez. en relación a la primera y segunda ley de la termodinámica. CMP 2) Base purínica c. UMP 4) Deoxirribonucleótido e. lípidos. el cual se conoce como la moneda energética de la célula. • • • Un aspecto muy importante del metabolismo es lo que se conoce como la universalidad de las vías del metabolismo. Para la discusión posterior vamos a considerar a la célula como el modelo de un organismo viviente y. a través de procesos fotosintéticos. que necesita para realizar las funciones específicas del organismo. Lección 26: Aspectos generales del metabolismo El metabolismo es un conjunto altamente integrado de sistemas multienzimáticos que en su forma más sencilla se localizan en la célula y realizan un intercambio permanente de energía y materia con el medio ambiente.. Transforma los nutrientes exógenos en substancias precursoras de las biomoléculas y/o de las macromoléculas. Explica en forma breve el cálculo de la energía libre en sistemas biológicos los cuales operan bajo condiciones biológicas estandarizadas y que a partir de datos de experimentos invitro se calcula el consumo o la liberación de energía en procesos endergónicos y exergónicos. Podemos considerar fundamentales: • que el metabolismo desarrolla cuatro actividades Obtiene energía bien a partir de la luz solar. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. polisacáridos. ácidos nucleicos etc.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. o bien a partir de compuestos químicos gracias a reacciones de óxido-reducción. Las diferencias en cuanto a la fuente de donde toman estos nutrientes es lo que nos permite dividir los organismos vivos en autotróficos y heterotróficos. Degrada o sintetiza las macromoléculas (proteínas. hacer funcionar o regular el organismo ya sea unicelular o multicelular.) que le permiten construir. Esto significa que las vías metabólicas 114 . los emplearemos como términos equivalentes. monosacáridos. etc. a menos que se especifique lo contrario. Sintetiza (reacciones anabólicas) o degrada (reacciones catabólicas) las biomoléculas por ejemplo: aminoácidos. Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. El capítulo finaliza con la importancia del adenosín trifosfato (ATP). temperatura y efectores. Esta característica de universalidad de las vías facilita muchísimo el estudio de un organismo vivo en particular y permite localizar rápidamente aquellas reacciones (o vías) que le son propias. Es previsible que existan pequeñas diferencias entre unas y otras en cuanto a algunas reacciones en particular pero esto no afecta de modo notable ni la transformación global del metabolismo en cuestión. de la velocidad de síntesis de una (o varias) enzima (s) que intervengan en una vía. • • Condiciones que regulan la actividad enzimática. Existen varios factores que regulan el metabolismo de una célula: • Necesidades energéticas. • • Lección 27: Bioenergética 27. El papel de estas proteínas es el de controlar a través de un mecanismo de retroinhibición. tales como pH. Control a nivel de los genes. La célula parece operar bajo el principio de la máxima economía y es así como no produce o consume sino el mínimo de energía requerida. Este mecanismo regulador se conoce bastante bien en células procarióticas y fue descubierto hace relativamente poco tiempo por Jacob y Monod. fundamentales comunes son muy similares en los diferentes organismos vivos ya sean procarióticos o eucarióticos.1 Flujos de materia y energía 115 . o sea de inhibición por retroalimentación. Es tal vez el mecanismo más complejo y sofisticado. Otra característica del metabolismo reside en el hecho de que la mayoría de los sistemas enzimáticos están localizados en una partícula subcelular dada (u organelo). lo cual facilita la coordinación espacial y temporal de las diferentes vías. Existencia de enzimas reguladoras. animales o vegetales. es decir desperdicia la menor cantidad posible de energía. unicelulares o multicelulares.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. ni la producción o consumo (según el tipo de vía involucrada) de energía. siendo especialmente importante en organismos multicelulares. la actividad de otras enzimas o la ocurrencia de una reacción en particular. Actividad de hormonas. Esta compartamentalización permite la ocurrencia simultánea de vías opuestas (ejemplo: síntesis y degradación de lípidos) dentro de la misma célula y el control de las actividades intracelulares. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. sino también una evaluación de los costos o rendimientos en energía que acompañan esta utilización. Los elementos químicos (exceptuando tal vez el P) circulan en la biósfera de manera cíclica y los organismos vivos son un eslabón de una cadena circular. Hay una diferencia fundamental entre la utilización de los diferentes elementos que componen las moléculas precursoras. O y N que son algunos de los elementos más abundantes en un organismo. Figura 40: Ciclo global del C y O en la biosfera 116 . Biomoléculas y polímeros y el aprovechamiento de las diversas formas de energía. El estudio del metabolismo debe incluir no sólo el análisis de cómo se utilizan los nutrientes. esta situación podemos ilustrarla con las figuras 40 y 41 para el C. : Unisur 117 .: Unisur En estas figuras observamos que una cantidad finita de estos elementos sería suficiente para mantener el ciclo en operación. (1992). Santa fe de Bogotá. G. Santa fe de Bogotá. En el caso de la energía la situación es completamente diferente como podemos ver en la figura 41: Figura 41’ : Flujo de la energía en el mundo biológico Fuente: Pérez. Navarro Y. oxígeno o nitrógeno es utilizada repetidas veces a lo largo de muchos ciclos. G. Podemos imaginar entonces que en un sistema muy reducido (ideal) la misma molécula de carbono. Bioquímica. Bioquímica. (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 41: Ciclo global del N en la biósfera Fuente: Pérez. Navarro Y. Estos tipos son: • • • Transferencia de H+: reacciones ácido-base. osmótico: transporte activo en membranas.2 Consideraciones termodinámicas Podemos considerar que en el metabolismo hay tres tipos de reacciones a las que podemos asociar cambios en la energía libre del sistema. biosíntesis: formación de nuevos enlaces. el sentido en que se realice la reacción depende tanto de la magnitud del ∆G como de su signo (como ya se vio en el módulo de Termodinámica). etc) y finaliza tarde o temprano como calor o sea como energía no aprovechable. En general podemos decir que los organismos autotróficos derivan su energía de la fotosíntesis o de procesos de reducción mientras que los heterotróficos la obtienen a través de la oxidación de los compuestos sintetizados por los autotróficos. 27. magnetismo y energía lumínica. La energía almacenada en los enlaces químicos de los productos de la fotosíntesis es utilizada por los diferentes organismos (incluidas las plantas) para realizar distintas clases de trabajo (mecánico: contracción muscular. Este hecho nos sirve para entender por qué es tan importante para un organismo transformar y utilizar la energía de la manera más eficiente posible. Transferencia de e-: reacciones de óxido -reducción. unidireccional y en cada etapa donde se pasa de una forma a otra. El flujo de la energía es. Transferencia de grupos fosfato: Reacciones de fosforilación.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. esta última se transforma parcialmente en energía química (polisacáridos. La energía generada en el sol proviene de la fusión termonuclear 4H+ He + 2eque allí ocurre y una pequeñísima parte de esta energía llega a la superficie de la tierra en diferentes formas como calor. En las reacciones ácido-base que podemos representar por: 118 . la cantidad de energía utilizable es solo una fracción del total. En estas reacciones el cambio de energía libre (∆G) nos sirve por una parte para calcular las constantes de equilibrio que nos describen el estado de equilibrio y por otra parte como medida de la fuerza impulsora de la reacción. aquí opera el principio de la máxima economía que ya mencionamos. pues. ATP) por medio de la fotosíntesis. En los sistemas biológicos es más importante la predicción del sentido de la reacción ya que las condiciones propias de estos sistemas no permiten alcanzar el equilibrio. log( K a ) Ecuación 20 En las reacciones de óxido-reducción usamos la ecuación de Nernst: ∆E = ∆E 0 + RT ln K nF Ecuación 21 En el equilibrio ∆E = 0.303 RT . entonces [H+] = 10-7 M.0. log( K a ) Ecuación 16 Puesto que pKa se define como -log (Ka). es decir [H+] = 1 M lo que equivale a pH = 0.303 RT .0. ln( K a ) Ecuación 15 Lo que es lo mismo: ∆ G 0 = − 2 .pK a Ecuación 17 Despejando: pK a = ∆G 0 2. Entonces la ecuación 14 quedaría: ∆ G ' = ∆ G 0 ' + RT . AH → A − + H + ← La constante de disociación (Ka) se relaciona con el cambio en energía libre por medio de la ecuación: ∆ G = ∆ H 0 + RT .303RT Ecuación 18 Esta ecuación es válida para sistemas en que las concentraciones molares son 1. Por ello se prefiere usar el término G°’ que representa el cambio en energía libre del sistema a pH 7. entonces: ∆E 0 = − RT ln K nF Ecuación 22 Que a pH 7.0 sería: 119 . ln( K a ) Ecuación 14 En el equilibrio ∆G = 0. ∆ G 0 = − 2. Es claro que este pH no se da en sistemas biológicos y si el pH tomara el valor de 7.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. entonces: ∆ G 0 = − RT . ln( K a ) Ecuación 19 La ecuación 16 sería: ∆ G 0 ' = + 2 .303 RT . se representa por “~” el enlace que al hidrolizarse libera la energía.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.303 RT ln K nF Ecuación 23 Despejando log K de las ecuaciones 20 y 23. ADP y Pi y se tiene en cuenta la formación de complejos con el Mg+2 (que es lo que ocurre dentro de la célula) el ∆G° de hidrólisis ( ∆ G 0 ' ) hidr del ATP puede subir hasta unas -12000 calorías/mol. ∆E 0 = −2.0 el cálculo de ∆G°’ arroja un valor de -7.: Unisur 120 . G. este enlace se ha llamado inapropiadamente enlace rico en energía y 15 Pérez. Lección 28: Energía libre de hidrólisis 15 En la discusión que sigue es fundamental tener en claro cuándo las reacciones se realizan en tubo de ensayo (In vitro) y cuándo suceden en la célula (In vivo). Si se calcula el ∆G°’ in vitro empleando las concentraciones intracelulares de ATP. Otros compuestos con grupos fosfato están también presentes en la célula y con ellos se puede calcular in vitro su ∆ G 0 ' . Observamos que hay un amplio rango de valores de ∆G°’. Los trifosfonucleótidos como el ATP pueden sufrir in vitro una hidrólisis que representamos por: ATP −4 + H 2 O → ADP −3 + HPO −2 + H + 4 ← P Es decir la pérdida del grupo fosfato en posición γ. y para distinguirlo de los enlaces con mayor estabilidad.300 calorías/mol o sea que es una reacción muy exergónica desplazada hacia la derecha. Los valores que se obtienen se muestran hidr en la tabla 16. esta energía se conoce como energía libre de hidrólisis. (1992). Navarro Y. Por convención. El tercer tipo de reacciones lo examinaremos en detalle a continuación. siendo el PEP y el 1. igualando y despejando ∆G°’ tendríamos: ∆G = − nF∆E 0 ' Ecuación 24 Ecuación que nos muestra cómo es posible convertir una diferencia de potenciales de reducción (por convención) en un cambio de energía libre y predecir el curso de la reacción. Bioquímica. produciéndose ADP y fósforo inorgánico (Pi).3DP glicerato los que liberan la mayor cantidad de enegía cuando se hidroliza in vitro el enlace del grupo P . En condiciones estándar a pH 7. Santa fe de Bogotá. En el siguiente enlace hay una revisión bibliográfica al respecto: http://books. Señor estudiante: Para mayor entendimiento del tema.com.co/books?id=43qKhqwAoLgC&pg=PA755&dq=energia+libre+de+gibs&e i=rnpYSvmpJoiGygT8m4mnBw&client=firefox-a 121 . segunda ley de la termodinámica.google. fisicoquímica ó en su lugar termodinámica en relación a las Primera ley .google.com. cuando se usa este término (en lenguaje bioquímico) significa un enlace muy lábil que libera buena cantidad de energía al romperse.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. le sugiero revisar los apuntes de física.co/books?id=HRr4MNH2YssC&pg=PA11&dq=leyes+de+la+termodinam ica&ei=83lYSt70LY-UzASB0KQL&client=firefox-a http://books. química genera. 1 ATP Adenosin trifosfato G-1-P Glucosa-1-fosfato -5000 5.3 G-6-P Glucosa-6-fosfato -3300 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. Navarro Y.: Unisur 122 . G.6 3-Fosfogliceroil-fosfato 1. Lección 29: Potencial de transferencia de grupos fosfato16 Compuesto Fosfoenol Piruvato Abreviatura PEP Estructura ∆ G 0 ' .: Unisur 16 Pérez. Bioquímica.0 -7300 7.3 Acetil fosfato -10100 10. 3 DP Glicerado -11800 11. Navarro Y. (1992).3 Tabla 16: Valores de ∆G0’ de hidrólisis y de Potencial de Transferencia de Grupos PTG para algunos metabolitos fosforados Fuente: Pérez. Bioquímica. (1992). calorías/mol hidr -14800 PTG 14. Santa fe de Bogotá.8 Fosfocreatina p-Creatina -10300 10. G. 8 y el PTG de ATP ADP es de 7. debemos notar además que se requiere que el aceptor de P esté en forma no-fosforilada. Las determinaciones del ∆G°’ in vitro nos sirven entonces para conocer el PTG de un compuesto y predecir la dirección en que la kinasas cataliza la Fosforilación.3. Estas reacciones son catalizadas por una subclase de transferasas denominadas kinasas. Lección 30: Importancia del ATP El sistema ATP-ADP es el más empleado por la célula para estas reacciones de Fosforilación por varias razones: 123 . aunque en teoría cualquiera de los primeros cuatro compuestos de la tabla 14 podría emplearse.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. la Fosforilación no se hace en sentido inverso porque se transferirá el P de un compuesto con PTG menor a un compuesto con PTG mayor. que nos indica la tendencia que tiene un compuesto fosforilado. Note que in vivo realmente no hay hidrólisis del PEP sino transferencia del P . Si expresamos en kcal.mol-1 el valor absoluto del ∆ G 0 ' obtenemos el valor hidr correspondiente al potencial de transferencia de grupos (PTG). Entre mayor sea el PTG más fácilmente se transferirá el P . la transferencia del se hace del PEP al ADP para formar ATP y piruvato. Consideremos como ejemplo la formación de ATP en la célula a partir de ADP. a transferir su grupo fosfato lábil. En la célula (o sea in vivo) NO ocurre la hidrólisis directamente sino que se realiza una transferencia de representar por: P entre dos compuestos. utilicemos el PEP. que en forma general podemos → A~P + B ← B~P + A La dirección en que se desplace el equilibrio dependerá de los valores de PTG de A~P y B~P. La reacción sería: PEP Piruvato Puesto que el PTG para PEP piruvato es de 14. • En todas las reacciones de Fosforilación intervienen kinasas que tienen sitios activos que unen el ATP o el ADP según sea el caso. Bioquímica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En las unidades siguientes veremos muchos ejemplos de estas fosforilaciones y de aplicaciones del formulismo termodinámico discutido más arriba. ver figura 42. G. (1992). P Figura 42: Flujo de grupos y situación lntermedia del ATP Fuente: Pérez.: Unisur Lo anterior ha conducido a algunos bioquímicos a considerar el ATP como la moneda usada por la célula para transportar la energía. El ADP sirve como aceptor de P • provenientes de compuestos con alto PTG. 124 . Navarro Y. • El ATP está situado en una posición intermedia y sirve entonces como puente o Intermediario común para la transferencia de P de compuestos ricos en energía (con ∆G°’ muy bajos) a compuestos pobres en energía (con ∆G°’ bajos). Esto tiene la ventaja que se conserva mejor la energía pues los ∆G°’ de cada reacción son menores. temperatura fisiológica y concentraciones celulares de Mg+2. La aplicación de estos conceptos a sistemas biológicos está sujeta a varias limitaciones dado que: • Los valores de ∆G°’ y ∆E°’ están influenciados por cambios en pH. Santa fe de Bogotá. Piruvato + Glc-6- PEP+ Glucosa Recuerde como se usa el concepto del potencial de transferencia de grupos. De las reacciones siguientes seleccione aquella que química y termodinámicamente es factible. P . lo visto en este EJERCICIO DE PRACTICA: 1. 3-P-Glicerato + ATP 3-PG-Glicerato + ATP 1 .Glicerato + ADP 125 . 2. por tanto las concentraciones son siempre algo menores que en el equilibrio.3-DiP. Sin embargo para los fines prácticos de predicción del sentido de la reacción y de la comprensión de por qué ocurren las transferencias de grupos capítulo es aplicable y utilizable. que intercambia materia y energía con su medio ambiente y estos conceptos de termodinámica se definen a partir de un sistema cerrado. • La célula es un sistema abierto. De las tres reacciones siguientes. ¿cuál tiene lugar realmente? a.3-DiP Glicerato + ADP b. 1.3-DiP. Consulte la tabla 16. PEP + Glc-6P Piruvato + Glucosa Piruvato + Glc -6 P P b.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. • Lo anterior ha conducido al desarrollo de una termodinámica especial o de procesos irreversibles bastante más compleja que la termodinámica clásica. Las reacciones in vivo están en un estado estacionario y no en equilibrio.Glicerato + ATP 1 . 3-P-Glicerato + ADP c. De sus razones: a. PEP + Glucosa c. ¿Cuál es la importancia del DNA? 3. Explique cuál es la relación existente entre genes. f. 126 . Tenga en cuenta que hay nucleótidos comunes y nucleótidos que son propios de cada clase de ácido nucleico. Células animales y vegetales (células eucarióticas) 5. e. En cuáles partículas subcelulares se localizan el DNA y el RNA en: a. Elabore una lista de los nucleótidos que se encuentran en el DNA y en el RNA. c. Nucleótidos entre sí Recuerde como se originan los nucleósidos y como se forman los monofosfo y ditosfonucleótidos. Bacterias b. Cuál es el significado de los términos: a. Elabore una lista de los productos resultantes de la hidrólisis completa del DNA y del RNA. Base vs nucleósido vs nucleótido b. DNA y herencia. Bases purínicas Desoxirribosa DNA Bases pirimidínicas Nucleótido RNA 2. Explique las diferencias existentes entre unos y otros. 4. Compare las estructuras de los siguientes compuestos en el orden indicado: Adenina Uracilo Limina Guanina Adenosina Uridina Timidita Guanosina AMP UDP TDP 3’ GMP a. b.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. d. AUTOEVALUACION UNIDAD 2 1. Hongos c. 7. 6. ¿Cómo se localizan en la célula los diferentes tipos de RNA? Señale las diferencias existentes entre ellos en relación con su tamaño. función general y distribución subcelular. Compare la estructura primaria fundamental del DNA con la del RNA. 11. 12. 127 . Ilustre las características más sobresalientes de las estructuras secundaria y terciaria del t-RNA. tamaño. procariotes y eucariotes. estabilidad y heterogeneidad. 9. Compare el DNA y el RNA respecto a su composición global.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 8. 10. Explique cómo se organiza el DNA en virus. The nitrogencycle/C.... 1970. The genetic activity of mitochondria and chloroplasts / U....p124.Scientlfic American..En: Las bases moleculares de la vida: Lecturas del Scientific American / Julio R Villanueva.P.. Delwiche.. Horne.C..Vol 223.Ibid..p. – Vol 223.H... The energy cycle of the biosphere / George M WoodwelL.p22. 3.. 128 .86. consulte las siguientes referencias: 1. 1971. Aharon Gibor.136. . ..Madrid: Blume. La estructura de los virus / R.. 3. The oxygen cycle/Preston Claud.Scientlflc American. The carbon cycle / Brt Bolin..Vol. 1970.Scientlflc American.Scientific American.. p155..En: las bases moleculares de la vida. Levine..110. 1970.vo1223..p.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. LECTURAS RECOMENDADAS Para ampliar sus conocimientos en algunos de los aspectos específicos tratados en este capítulo.. 223.. 4.. Crick. 1970...-p.p64.C.. La estructura del material hereditario /F. 2.Scienflilc American....223... 2.. W. R. 1. W.Vol. Goodenough. 1970.. Bioquímica práctica. Pérez. Santa fe de Bogotá. José María (2008). Plumer. España: Editorial Tebar. Fundamentos de Bioquímica estructural. Teijon.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Armando. Navarro Y. (1992). Madrid. 129 .: Unisur. BIBLIOGRAFIA USADA EN LA ACTUALIZACION DE LA UNIDAD 2 Garrido. Londres: McGraw Hill. G. Bioquímica. D (1981). a comprender la importancia en la producción de ATP para el diseño de balances energéticos. Los regentes de farmacia podrán comprender el mecanismo y espectro de acción de los medicamentos y como pueden aliviar el malestar activando o inhibiendo la ruta involucrada. así como también las alteraciones que sufren conllevando a la alteración del metabolismo y enfermedad del organismo. como son las generalidades y mecanismos bioquímicos de las rutas catabólicas y biosintéticas de las Biomoléculas que se consumen en la dieta. Para el área de alimentos. los nexos de la bioquímica con estos campos disciplinares se derivan en que la bioquímica como parte de las ciencias biológicas maneja los conceptos teóricos derivados de investigaciones en donde se explican el funcionamiento y mecanismos químicos a nivel celular para el mantenimiento de los procesos vitales de organismo de origen vegetal y animal.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. El estudio detallado de la unidad puede conducir a los estudiantes a plantear procesos y proyectos que conduzcan a fomentar la cultura investigativa. la relación con las rutas catabólicas está en la producción de nuevas líneas e innovación de productos fermentados. Para los profesionales de las áreas de ciencias agrarias. Esta unidad es la base para que los estudiantes en formación profesional relacionen el destino de los nutrientes suministrados en la dieta animal y vegetal en la formación de nuevos bloques de proteínas. 130 . Los estudiantes deben relacionar los conceptos teóricos con la aplicación en contexto real de sus profesiones. Es de vital importancia para los estudiantes de la formación profesional y técnica de los programas de ingeniería de alimentos. zootecnia. agroforestal. el saber los conceptos del metabolismo conlleva a comprender aún más la fisiología vegetal. agronómica. es importante que analicen e destino que sufren los nutrientes que les suministran a los animales con propósitos de aumentar la producción de carne y derivado. carbohidratos y lípidos. producción animal y regentes de farmacia. procesos tecnológicos y el surgimiento de nuevas tecnologías como el diseño de fármacos. UNIDAD DIDACTICA 3: METABOLISMO: CATABOLISMO Y BIOSINTESIS DE BIOMOLECULAS INTRODUCCION En esta unidad. el manejo y comprensión de los temas que en esta unidad se presentan. Conocer el funcionamiento de las vías catabólicas y biosintéticas conlleva a los estudiantes de los programas mencionados. Para el área de los zootecnistas y tecnólogos en producción animal. se encuentran los conceptos básicos que un estudiante de Bioquímica debe manejar. zootecnia.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. agronómica. 131 . agroforestal. producción animal y regentes de farmacia. temáticas de mucho interés e importancia en el perfil profesional de los estudiantes de ingeniería de alimentos. JUSTIFICACION El desarrollo de esta unidad se hace necesario en el curso de bioquímica porque contiene las temáticas básicas para los estudiantes que toman cursos de las ciencias básicas referentes a la compresión de contextos de las ciencias biológicas. la biosíntesis y el consumo de energía. Es preciso el diseño de esta unidad porque se presentan los conceptos sobre metabolismo. Su estructuración permite al estudiante comprender los conceptos sobre las reacciones químicas catabólicas y el aporte energético provenientes de la oxidación de la Biomoléculas. temas de alta complejidad que requieren de dedicación. empeño y estudio por parte del estudiante. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. - - CAPITULO 8: METABOLISMO DE LIPIDOS Ilustrar cómo se realiza la degradación de los triglicéridos. Aplicar los conceptos de bioenergética para explicar la ocurrencia o no de algunas reacciones metabólicas. Establecer los balances de compuestos carbonados. Identificar en cada una de las vías metabólicas su localización celular. Comparar la biosíntesis con la degradación de los ácidos grasos. Explicar las diferentes vías por las cuales se realiza la biosíntesis de carbohidratos. metabolitos finales y las coenzimas que intervienen. Realizar para cada vía los balances de compuestos carbonados. Explicar las vías biosinteticas generales de las diferentes clases de lípidos. OBJETIVOS CAPITULO 7: METABOLISMO DE GLUCIDOS Describir la secuencia de transformaciones que sufren los carbohidratos en cada una de las vías degradativas. Identificar en cada vía su localización celular. fosfoglicéridos y esteroides. coenzimas y energía en forma de ATP. identificando las clases de enzimas que intervienen. producidos en el catabolismo y anabolismo de los diferentes tipos de lípidos estudiados. metabolitos iniciales y finales. Identificar en cada vía su localización celular. los metabolitos iniciales y finales. metabolitos intermedios más importantes y las coenzimas que participan. - - 132 . metabolitos intermedios comunes a otras vías. el tipo de transformación sucedida y las enzimas que participan. los compuestos intermediarios más importantes. Ilustrar los principios organizativos de la biosíntesis. Establecer para cada vía los balances de sustrato carbonado. cuando sea el caso. Ilustrar en las diferentes vías los principios generales que las rigen. metabolitos iniciales. coenzimas y energía (como ATP). coenzimas y ATP. Establecer las analogías y diferencias entre las vías degradativas y biosinteticas de monosacáridos. enfatizando el mecanismo empleado por los vertebrados terrestres. 133 . Describir las diferentes formas como se elimina el NH4. Ilustrar las diferencias de capacidad biosintéticas de aminoácidos que presentan los diversos organismos. grupos α-NH2 y α-COOH de los aminoácidos. Ilustrar cómo se realiza la biosíntesis de algunos aminoácidos. CAPITULO 9: METABOLISMO DE AMINOACIDOS Analizar las principales vías generales del catabolismo de los esqueletos carbonados. Demostrar la forma como opera en la biosíntesis de aminoácidos el mecanismo de control de retroinhibición.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. CONTENIDO DE LA UNIDAD CAPITULO 7: METABOLISMO DE GLUCIDOS CAPITULO 8: METABOLISMO DE LIPIDOS CAPITULO 9: METABOLISMO DE AMINOACIDOS 134 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. titulado “Generalidades de carbohidratos” El capítulo comienza con la el estudio de una de las rutas catabólicas más importantes en la degradación de los azúcares que se consumen en la dieta. coenzimas y enzimas de los mecanismo químicos de estas rutas. Para ello consulta el material virtual que está en la página principal del curso “ Generalidades sobre carbohidratos” O consulta el siguiente link: http://biomodel.es/model3j/redir. el estudiante entra a comprender que de acuerdo a la reacción. propiedades química y clasificación) ya que estos conceptos como tales no hacen parte del curso de bioquímica. Para ayudar al estudiante en esta parte. Si el organismo es aerobio. el curso cuenta con una herramienta virtual donde se ilustra los conceptos previos. Se recomienda que repase los conceptos generales de carbohidratos visto en sus cursos de: química general y química orgánica. el estudiante debe activar sus conocimientos metacognitivos previos de sus cursos anteriores como la química general y la química orgánica en cuanto a los conceptos generales de los carbohidratos (estructura. la célula puede formar ATP a partir de dos mecanismos: a través de sustratos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.uah.: Unisur.htm?monosac. se habla de la ruta que ocurre en organismo eucariotes aerobios. 135 . Bioquímica. El estudiante encuentra las reacciones y la ubicación celular de esta ruta y el destino de sus metabolitos finales según el organismo (aerobio y anaerobio). media e interna de la mitocondria. el capítulo analiza la siguiente ruta catabólica para continuar con esa degradación. llamada ciclo de krebs o ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Santa fe de Bogotá. G. Navarro Y. específicamente en las mitocondrias.htm Para el inicio del estudio del catabolismo de carbohidratos. el cual utiliza coenzimas especificas como NAD. siendo este último mecanismo el mayor generador de ATP. CAPITULO 7: METABOLISMO DE CARBOHIDRATOS17 Estimado Estudiante: antes de comenzar con el tema. FAD y Coenzima. la glucólisis o glicólisis. (1992). Este ciclo es de vital importancia para comprender y calcular la producción de ATP y mantener el equilibrio del metabolismo basal. Tanto la glicolisis como el ciclo de krebs se caracterizan por ayudar a la producción del ATP y para ello. este proceso se conoce como fosforilización oxidativa (FO). empleando kinasas específicas y a través de una cadena transportadora de electrones ubicada en la parte externa. 17 Pérez. glucosa. El confinamiento de esta vía en el citoplasma es posible porque todos los metabolitos intermedios son del tipo ester-fosfato. las transformaciones de energía involucradas y. La glicólisis se realiza en el citoplasma celular y las enzimas que intervienen se pueden aislar con relativa facilidad por no estar asociadas a ninguna partícula subcelular. fructosa.) apareciendo como productos finales alguno de los siguientes compuestos: • • • Ácido láctico: tejidos animales (músculo especialmente).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. esto ha facilitado muchísimo el análisis individual de las diferentes reacciones como veremos más adelante. En la glicólisis. Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. así como las enzimas que la catalizan. por si fuera poco. En este capítulo también se analiza las reacciones de biosíntesis de carbohidratos. Etanol o ácido pirúvico: plantas y animales dependiendo de las condiciones. Etanol y CO2: levaduras. de hecho.1 Glucólisis Este tema se iniciará con la llamada vía glicolítlca porque a más de ser la primera vía degradativa por la que pasan los carbohidratos es una de las más adecuadas para ser usada como un ejemplo de vía metabólica ya que se conocen con bastante detalle las diversas reacciones que en ella ocurren. lo cual impide su paso a través de la membrana celular y por tanto no pueden difundirse al exterior de la célula. Lección 31: Catabolismo de carbohidratos 31. su ubicación celular e importancia en la construcción de tejidos y órganos y la reacciones de Fotosíntesis para organismos vegetales. anaerobios y facultativos. esto sucede porque generalmente el compuesto oxidado que se forma tiene un grupo fosfato P P con un potencial de transferencia de grupo elevado y cede este sobre el ADP para dar lugar al ATP. La glicólisis es una de las vías más universales que existen pues tiene lugar en organismos aerobios. De hecho las investigaciones pioneras sobre la glicólisis realizadas por Pasteur. En esta vía se realiza una oxidación anaerobia de carbohidratos (almidón. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. es una de las vías metabólicas que más aplicaciones industriales tiene. como veremos luego. etc. glicógeno. se ilustra muy bien un principio general del metabolismo que consiste en que las oxidaciones (aerobias o anaerobias) están acopladas a la formación de ATP. se hicieron por su interés en comprender como se realizaba la fermentación alcohólica. Tauber y otros. por razones que serán 136 . .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. . claras más adelante. que por acción de las α. que por la lactasa (una hidrolasa) produce Gal y Glc. por ejemplo. La vía glicolítica se esquematiza en la figura 43 donde se indican las clases de enzimas que catalizan cada reacción usando la nomenclatura más general. o el glicógeno que en el músculo es degradado por acción de la fostorilasa a (que es una glicosiltransferasa) a Glc-1-P. Luego analizaremos la vía desde el punto de vista energético y por último resaltaremos la importancia que tiene en diversos organismos.amilasas produce maltosa o glucosa. que con la maltasa se hidroliza a Glc. Disacáridos que frecuentemente son: . es la vía que permite a los organismos anaerobios obtener la energía que requieren para sus procesos metabólicos. haciendo énfasis en los metabolitos intermedios que sirven como puntos de conexión con otras vías.y β. Gal. es conveniente tener presente que cada enzima es característica de una reacción dada y así. Analizaremos en primer lugar las transformaciones químicas que sufren los monosacáridos que nutren la vía. Hemos adoptado este enfoque general para evitar el uso de los nombres de cada enzima que consideramos innecesario para los propósitos de este curso.Lactosa. Los carbohidratos que alimentan la vía pueden ser: • • • Polisacáridos como el almidón. En los otros tipos de organismos es la primera etapa obligada de una secuencia de vías para la degradación de los carbohidratos y de allí su importancia.Maltosa. que por una hidrolasa (invertasa) produce GIc y Frc.Sacarosa. 137 . Hexosas que generalmente son Glc. Frc. La figura 42 ilustra las reacciones que desembocan en la producción de los monosacáridos. la isomerasa de la reacción 3 es diferente de la isomerasa de la reacción 4 y de la isomerasa de la reacción 6 y así sucesivamente. : Unisur. 138 . 5 y 7) que resultan en los respectivos derivados esterfosfato. ésta es la que se realiza más lentamente y por ello es el paso limitante en la glicólisis. Vemos en la figura 43 que la Gal. en este caso prosigue la glicólisis con 2 moléculas de 3-P-Gal y tendremos que hasta aquí se han producido 2 triosas a partir de una hexosa. Dependiendo de las necesidades metabólicas de la célula la 3-P-DHA puede ser usada para la síntesis de lípidos o puede ser isomerizada (10) a 3-P-Gal si la célula requiere la producción de energía. la Gal-1-P es transformada a Glc-1. GIc y Frc (ver la lista de abreviaturas) sufren cada una Fosforilación por distintas kinasas (reacciones 2. Navarro Y. Esta molécula sufre una segunda Fosforilación (reacción 8) para dar el diesterfosfato Frc-1. depende la velocidad global de la vía. de todas las reacciones de la vía. Bioquímica. (1992). 6-DiP.P.P (que a su vez puede provenir de la degradación del glicógeno por fosforilasa a) y por reacciones de isomeración (4 y 6) estos monosacáridos convergen a Frc -6. es decir de la velocidad con que se suceda. Figura 42: Carbohidratos proveedores de las hexosas que nutren la glicólisis Fuente: Pérez. Santa fe de Bogotá. G.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La próxima reacción (9) es muy interesante pues a partir de una molécula de hexosa se obtienen dos triosas que además de ser fácilmente interconvertibles (10) sirven como puntos de enlace de la glicólisis con otras vías. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 139 . Navarro Y. Bioquímica. Figura 43: Esquema de la vía glicolítica Fuente: Pérez. Santa fe de Bogotá.: Unisur. G. (1992). la parte de la molécula que acepta el H+ es la nicotinamida y el resto queda inalterado.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. nuevamente acá se puede demostrar cómo una oxidación se acompaña de la producción de un metabolito con PTG 140 . un grupo fosfato (el más lábil) sobre el ADP formando ATP y 3-P-Gato (reacción 12).3-DiP-Gato) cede. En la reacción (11) Ared corresponde a 3-P-Gal y Aox a 1. gracias a una kinasa. la oxidación se cataliza por una deshidrogenasa que emplea como coenzima la nicotinamidaadenindinucleótldo (NAD). En la figura 44 se aprecia que en su forma oxidada el NAD tiene una carga positiva y cuando se reduce acepta sólo un hidrógeno. liberándose al medio el otro hidrógeno como H+. el NAD es una de las coenzimas de las deshidrogenasas y participa reversiblemente en muchas reacciones de óxido-reducción de acuerdo con lo indicado en la figura 44. Esta molécula incluye en su estructura la nicotinamida que es una vitamina del grupo B cuya deficiencia tiene múltiples efectos incluyendo la pelagra. éste se isomeriza a 2-P-Gato (13) quien por acción de la enolasa sufre una óxido reducción interna al perder H20 y dar PEP. paralelamente con la oxidación del aldehído al ácido. se produce un compuesto con alto PTG ilustrando así uno de los principios generales a que ya nos referimos. La reacción de ruptura podemos también representarla así: En la siguiente reacción (11) se tiene que. El compuesto rico en energía (1.3 -DiP-Gato. Hasta aquí la vía glicolítica sucede en igual forma para todos los organismos y dependiendo de si tenemos condiciones anaerobias o aerobias el piruvato se transforma de diferente manera. hay una decarboxilación (19) y posterior reducción a Etanol (20). En los microorganismos anaerobios el piruvato es transformado en diversos productos de fermentación que terminan en metano y otros gases. El balance energético de la glicólisis nos muestra que si una hexosa es la materia prima se consumen 2 ATP (reacciones 2 y 8 ó reacciones 5 y 8 ó reacciones 7 y 8) 141 . En organismos aerobios el piruvato se usa como producto inicial en otra vía degradativa que se conoce como el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos. elevado. Por ejemplo. o sea anaerobia). G. (1992). El PEP cede su P al ADP por acción de una kinasa y se transforma en enolpiruvato (15) que se isomeriza (16) a piruvato. Si hacemos un balance de compuestos carbonados tenemos entonces que a partir de una hexosa (Glc. Frc) se producen dos moléculas de piruvato. Figura 44: Papel del NAD en las reacciones de óxido-reducción Fuente: Pérez. Bioquímica. tenemos entonces una fermentación alcohólica. donde predominan condiciones de O2 bajas el piruvato se reduce (por una deshidrogenasa) a lactato (17) o si se está realizando en levaduras. Desde el punto de vista de un balance de coenzimas se han producido 2 NADH + 2H+ por dos piruvato (o sea por hexosa) que luego son consumidas en la transformación del piruvato a lactato o a etanol. Gal.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. habiendo ocurrido una oxidación (sin intervención del O2. Santa fe de Bogotá. Navarro Y. que estudiaremos posteriormente.: Unisur. si la glicólisis se está realizando en el músculo. Con un ∆G°’ = -32. láctica. debido a las concentraciones intracelulares de los diversos metabolitos de la glicólisis la eficiencia puede subir hasta un 53% y por eso estas células pueden derivar únicamente de la glicólisis toda la energía que requieren para su metabolismo. acética.(que inhibe la enolasa.6 x 100/47). una discusión detallada del papel de la glicólisis en la contracción muscular la encuentra en la lectura recomendada No. 1. vale la pena anotar cómo esta eficiencia es muy superior a la del rendimiento energético de cualquier motor mecánico. la adición de ion F.. Si la materia prima es el glicógeno (caso del músculo y del hígado) un examen de la figura 39 nos muestra que el balance neto es de +3ATP lo que significa una eficiencia superior al 31%. proveen también la explicación de algunos métodos usados para el control de la proliferación de microorganismos como son la clorinación del H2O (ya que el Cl2 inhibe las enzimas que catalizan los pasos iniciales de la glicólisis). Si consideramos la reacción: Glucosa 2 lactatos Lo que no permite un balance cero de NAD+ y no altera el balance neto de ATP.4 kcal /mol La diferencia de ∆G°’ es entonces de -14. 9 requieren metales para ser activas). como el eritrocito.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. tenemos que su ∆G°’ = -47 Kcal/mol.3 kcal/mol x 2) y en consecuencia la eficiencia energética de la glicólisis es de un 31% (14. reacción 14) o la adición de agentes acomplejantes de metales (ya que las enzimas que catalizan las reacciones 14. La reacción en la célula sería (para condiciones estándar): Glucosa + 2 ADP + 2 Pi 2 lactatos + 2 ATP + 2H2O.15.6 kcal/mol que corresponde a la energía acumulada en los 2ATP (7. y se producen 4 ATP (12 y 15) por 2 piruvatos producidos. Las reacciones de la glicólisis además de estar en la base de procesos industriales como las fermentaciones alcohólica. 142 . de producción de glicerol. la ganancia neta es de 2 ATP por hexosa oxidada. De lo anterior podemos deducir la enorme importancia que reviste la glicólisis como proceso que permite obtener energía en forma anaerobia para todos aquellos microorganismos anaerobios y como proceso inicial de oxidación en los organismos aerobios. etc. En algunas células. Señor estudiante: acabamos de analizar una de las rutas más importantes para los organismo aerobio y anaerobios. la secuencia de reacciones que la integran fue propuesta por el bioquímico austriaco Hans Krebs quien recibió el premio Nobel en 1953. La vía se realiza en la cara interna de las membranas mitocondriales de los eucariotes y en la membrana celular de los procariotes donde se encuentran las enzimas y coenzimas participantes. En todos los organismos aerobios se ha demostrado la existencia de este ciclo lo cual demuestra su universalidad y la importancia de conservar esta vía a lo largo 143 . esto. ALLI SE OBSERVA LA IMPORTNCIA DE COMPRENDER EL DESARROLLO DE ESTA RUTA METABOLICA. pone de relieve la gran importancia del ciclo de Krebs y su posición central en el metabolismo celular.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. lípidos o proteínas. Sería muy interesante empezar un análisis en el Wiki del curso sobre: Obtención de productos alimentarios a partir de la: fermentación. El ciclo de Krebs tiene como función primordial oxidar completamente hasta CO2 y H2O.2 Ciclo de Krebs Esta vía también recibe el nombre ciclo de los ácidos tricarboxílicos porque en ella aparecen algunos ácidos de este tipo. el acetato (que se encuentra bajo una forma activada) que proviene directa o indirectamente del catabolismo de carbohidratos. Este punto se irá haciendo evidente a medida que estudiemos las vías metabólicas. aunado al hecho que muchos de los metabolitos intermedios del ciclo se usan como precursores en varias rutas biosintéticas. Importancia de la ruta glicolítica en la nutrición animal en monogastricos y poligástricos Empleo de esta ruta en la agricultura y medio ambiente. esto tiene varias consecuencias importantes derivadas de la permeabilidad selectiva que poseen las membranas. Su propuesta original coincide básicamente con el ciclo tal como lo conocemos hoy y estaba fundamentada en una gran cantidad de evidencia experimental. De seguro muchos de Ustedes se estarán preguntando la aplicación de esta ruta en si vida profesional. Empleo de esta ruta en el área de farmacia EN LA PAGINA PRINCIPAL DEL CURSO HAY UN VIDEO QUE REALIZARON ESTUDIANTES DE BIOQUIMICA EN EL 2008 DE INGENIERIA DE ALIMENTOS. 31. lo cual se muestra en la figura 45 donde se indican solo las partes funcionales de las enzimas. Comúnmente se inicia la discusión del ciclo de Krebs a partir del metabolito que conecta esta vía con la glicólisis. es oxidado hasta una forma especial del acetato llamado acetil-coenzlma A o acetilCoA por medio de un sistema multienzimático conocido como el complejo de la piruvato deshidrogenasa. El complejo de la piruvato deshidrogenasa está constituido por varias deshidrogenasas y transferasas acompañadas de sus respectivas coenzimas. Tenemos entonces: • Pirofosfato de tiamina (PTT) que corresponde a la vitamina B que asociada a una deshidrogenasa provoca la decarboxilación del piruvato en (radical acetilo) que se une temporalmente al PTT. que se encuentra en el citoplasma. de la evolución. nosotros nos limitaremos a mencionar la secuencia en que actúan estas coenzimas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 144 . Veamos entonces que sucede con el piruvato obtenido como producto final de la glicólisis en las células aerobias. Este piruvato. Esta reacción de oxidación es un requisito para la entrada del esqueleto carbonado de los carbohidratos (a través del piruvato) en el ciclo de Krebs. : Unisur. • El ácido lipoico. Bioquímica. Figura 45: Oxidación del piruvato en acetato por acción del complejo de la piruvato deshidrogenada Fuente: Pérez. G. (1992). 145 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Navarro Y. vitamina del complejo B asociada a una transferasa que recibe el del PTT. regenerado este último. Santa fe de Bogotá. La vía del ciclo de Krebs se inicia (figura 46) con la condensación de una molécula de oxalacetato y una molécula de acetil-CoA (reacción 2) catalizada por una sintetasa formándose el citrato. El succinato producido se oxida a fumarato (9) por medio de una deshidrogenasa que tiene como coenzima FAD. la α -ceto glutarato resultante es decarboxilado a su vez por un complejo multienzimático muy similar al que actuó en la reacción 1 y se produce la succinil-CoA (7). Note que el FAD puede aceptar dos hidrógenos y no se liberan H+ al medio.ester) y aquí nuevamente podemos demostrar el principio de que una oxidación está acoplada a la formación de un compuesto con alto PTG. figura 43). figura 43) o del PEP a piruvato (reacción 15. Esta es una coenzima de deshidrogenasas y recibe los dos hidrógenos del lipoico regenerando la forma oxidada de éste y quedando como FADH2. este ácido se isomeriza (3 y 4) hasta Isocitrato y luego se oxida con una NAD+ deshidrogenasa (5) hasta oxalsuccinato siendo esta reacción el paso limitante. El NAD+ que por intermedio de una deshidrogenasa reoxida al FADH2. la parte funcional de esta coenzima es un grupo tiol (-SH) capaz de entrar a formar un enlace tioester (rico en energía) con el acetilo ligado al lipoico dando lugar al acetil-CoA y liberando el ácido lipoico en su forma reducida. unida a una transferasa. a diferencia de lo que ocurre con el NAD+. Este compuesto tiene un enlace rico en energía (enlace tio. La flavinadenin-di nucleótido (FAD) de cuya estructura hace parte la riboflavina (vitamina B2). Si observamos la estructura del oxalsuccinato apreciamos que es una α -ceto ácido con un carboxilo vecinal y por eso sufre fácilmente una decarboxilación (6). • La coenzima A. De aquí en adelante las siguientes reacciones tienen por objeto reoxidar las coenzimas reducidas. la estructura y la reacción de óxido-reducción en que participa se muestra en la figura 47. quedando como aceptor final de los electrones en forma de NADH + H+ • • La acción de este sistema multienzimático la podemos resumir en la reacción 1 de la figura 46. esta producción de ATP es lo que se conoce como fosforilación a nivel de sustrato y en la glicólisis se presenta también cuando se pasa del 1.3-DiP-Gato a 3-P.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 146 . De esta manera se oxida el piruvato y el acetil-CoA queda situado en la membrana interna mitocondrial donde está disponible para entrar en el ciclo de Krebs.Gato (reacción 12. Esta energía se aprovecha para fosforilar el ADP a través del par GDP-GTP (reacción 8). El fumarato se hidrata para formar malato (reacción 10) que se oxida a oxalacetato con una NAD-deshidrogenasa. De esta manera se cierra el ciclo regenerándose el oxalacetato consumido en la condensación con el Acetil-CoA (reacción 2) Figura 46: Esquema del ciclo de Krebs Fuente: Pérez. Santa fe de Bogotá. Navarro Y. 147 . G. (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.: Unisur. Bioquímica. malato y oxalacetato son también compuestos que conectan con vías degradativas o biosintéticas de aminoácidos y carbohidratos. G. Navarro Y. 148 . de coenzimas de deshidrogenasas y de ADP. Santa fe de Bogotá. En esta vía encontramos un gran número de metabolitos que sirven como sitios de enlace con otras vías y es más breve enumerar aquellos que no cumplen tan frecuentemente esta función. (1992). fumarato.: Unisur. Tiene especial importancia el acetil-CoA pues allí convergen productos del catabolismo de carbohidratos (como hemos visto). Al intentar hacer un balance de los compuestos que intervienen en esta vía. observamos que por su naturaleza cíclica sólo se requiere un aporte extremo de acetil-CoA. el α-cetoglutarato. Figura 47: Estructura y modo de acción de la Flavinadenin dinucleótido (FAD) Fuente: Pérez. puesto que los intermediarios del ciclo se regeneran continuamente. estos metabolitos son fundamentalmente los ácidos tricarboxílicos citrato y cis-aconitato cuyas conexiones directas con otras rutas metabólicas son escasas. de lípidos (en lo que respecta al metabolismo. Bioquímica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. los ácidos grasos) y de algunos aminoácidos. 7.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. deben ser reoxidadas para que el ciclo siga operando. Por ejemplo. Al igual que en la glicólisis es posible estudiar in vitro las diversas reacciones y calcular sus ∆G°’ empleando las concentraciones determinadas in vitro. Esta reoxidación se efectúa por medio de la fosforilación oxidativa que es una vía íntimamente asociada. si hay deficiencia en oxalacetato la reacción: 149 . es posible restaurar su concentración inicial por medio de las llamadas reacciones anapleróticas. Es importante recordar que el ciclo de Krebs no es únicamente una vía degradativa sino que a partir de algunos de sus metabolitos. Con excepción del NADH + H+ las coenzimas que participan en los sistemas multienzimáticos de las reacciones (1) y (7) se regeneran por las reacciones indicadas en la figura 45. estos valores explican por qué las reacciones que en principio son fácilmente reversibles (3. Si por alguna razón alguno de sus metabolitos intermedios es consumido. esta oxidación lleva aparejada la producción de 3 NADH + 3H+ y de 2 FADH2 que por existir en pequeñas cantidades al interior de la mitocondria y no poder difundir a través de la membrana (por la permeabilidad selectiva de ésta).2. 5). en la célula no ocurren en dirección opuesta. 4. se encuentra así que varias reacciones del ciclo (1. es decir son muy exergónicas y su equilibrio está fuertemente desplazado en la dirección que en la figura 46 corresponde al sentido del giro de las manecillas del reloj. se pueden sintetizar otras Biomoléculas.11) tienen ∆G°’ del orden de -8 kcal/mol. Desde el punto de vista energético. tanto temporal como espacialmente. En lo referente al carbono un examen de la figura 46 muestra que por cada acetilCoA que entra se producen 2CO2 o sea que podemos considerar que el acetilo se ha oxidado hasta CO2 y H2O. es en la Fosforilación oxidativa donde la reoxidación del NADH + H+ y FADH2 producirá buenas cantidades de ATP tal como veremos más adelante. el ciclo de Krebs no es un gran productor directo de ATP pues por acetato oxidado solo se obtiene un ATP (reacción 8). al ciclo de Krebs. Las enzimas están presentes en proporciones constantes y muy seguramente hay un mecanismo de control genético que regula su biosíntesis. Permite su síntesis a expensas del consumo de ATP y CO2 utilizando el piruvato que es un metabolito fácilmente disponible. Niveles de coenzimas. es decir la oxidación de isocitrato o oxalsuccinato (reacción (5) en la figura 46).CoA intramitocondrial no difunde al exterior (o sea al citoplasma).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Lección 32: Fosforilación oxidativa y la vía del glicerol fosfato 32. aumenta la respiración (o sea el catabolismo de acetíl-CoA y la fosforilación). si hay exceso de ATP se tiene el efecto inverso debido a la inhibición de la deshidrogenasa que actúa en el paso limitante del ciclo. coli). Puesto que el oxalacetato se usa cíclicamente se puede renovar con esta reacción cualquiera de los intermediarios que participan en el ciclo. Este mecanismo de control es una demostración más del principio de máxima economía que se discutió previamente. La actividad del ciclo se puede controlar a través de varios factores: • • • • • Niveles enzimáticos. FADH2 citoplasmáticos no puedan penetrar a la mitocondria para ser reoxidadas. Es un resultado de las propiedades de la membrana y tiene como efecto el que el NADH. A su vez el acetil . Las concentraciones de los substratos son del orden de 10-4M en hígado o en riñón y de 10-5M en células procarióticas (ej. El control se origina en el valor de la relación ADP/ATP. Accesibilidad o permeabilidad de la membrana. E. Si el ADP >> ATP. Niveles de substrato.1 Fosforilación oxidativa 150 . Control respiratorio. Este factor resulta del acoplamiento respiración fosforilación. El bloqueo de estas reacciones anapleróticas puede conducir a la paralización del ciclo y por ende del metabolismo. Generalmente son cercanos a 10-4M -10-5M y su disponibilidad es crítica para el funcionamiento de la vía. Bioquímica. Navarro Y.41 -0.: Unisur.25 +0.82 Fuente: Pérez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.Deshidrogenasas y NADP+ .55 +0. (1992).1 Transporte de electrones Las reacciones que tienen lugar en este transporte.29 +0.23 +0.38 -0. 32. es obvio que tiene lugar sólo en organismos aerobios obligados o facultativos. En la tabla 17 se muestran los principales compuestos que intervienen en el transporte con sus valores de E°’. sin que por ello se quiera significar que son procesos independientes o consecutivos. son de óxido-reducción y en consecuencia se puede determinar sus potenciales de reducción estándar y aplicarles la ley de Nernst. G. FADH2) producidas en el ciclo de Krebs.05 +0. por otra parte. transfiriendo los electrones por una serie de transportadores hasta que finalmente son aceptados por el O2. Para facilitar la discusión consideremos primero el transporte de electrones y luego la formación del ATP que le está asociada.18 -0. sintetiza ATP aprovechando las diferencias en potenciales de reducción (∆E°’) que existen entre los transportadores y la convertibilidad de estas diferencias de potencial en energía. su localización es a nivel de las crestas mitocondriales de los eucariotes y de las membranas celulares de los procariotes. Tabla 17: Potenciales de reducción estándar de algunos metabolitos y transportadores de la cadena de electrones Forma Reducida Piruvato + HSCoA H2 Isocitrato + NADH + H Malato FADH2 Succinato +2 Citocromo b (Fe ) +2 Citrocromo c1 (Fe ) +2 Citocromo c (Fe ) +2 Citocromo a (Fe ) +2 Citocromo a3 (Fe ) H 2O Forma Oxidada Acetíl-CoA + 2H α-cetoglutarato + NAD Oxalacetato FAD Fumarato +3 Citrocromo b (Fe ) +3 Citocromo c1 (Fe ) +3 Citocromo c (Fe ) +3 Citocromo a (Fe ) +3 Citocromo a3 (Fe ) O2 E°’ (Volts) -0. La función de la fosforilación oxidativa es doble: por una parte reoxida las coenzimas reducidas (NADH + H+.48 -0.más estudiados son de tres tipos: • • • NAD+ .07 +0.03 +0. Los transportadores de e. Santa fe de Bogotá. Dada la asociación entre esta vía y el ciclo de Krebs.32 -0.1.Deshidrogenasas Flavin -deshidrogenasas Citocromos 151 . con excepción del citocromo c.000** E (Volts) + 0. Las deshidrogenasas del primer tipo poseen NAD+ (cuya estructura y modo de acción ya fue discutido) o NADP+ como coenzimas. (1992).23 +0. Esta última es muy similar estructural y funcionalmente al NAD+ ya que solo difiere en que posee un grupo fosfato adicional que esterifica el OH -2 en la ribosa de la adenosina.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La diferencia más importante reside en que las NAD+ . La tabla 18 muestra las principales características de los citocromos que participan en el transporte de electrones en la fosforilación oxidativa. Navarro Y. Bioquímica. Estas proteínas globulares además de su cadena polipeptídica poseen un grupo heme cuya estructura es muy similar al heme de la hemoglobina ya que solo cambian algunos de los sustituyentes sobre el núcleo porfirínico.: Unisur. Las deshidrogenasas del segundo tipo emplean FAD y FMN (flavinmononucleótido) como enzimas. Si está interesado en la estructura del FMN consulte alguna de las referencias generales. Sin embargo se conoce su composición en AA y los estudios comparativos de secuencia hechos con el citocromo c han permitido establecer cómo ha evolucionado esta proteína en los diversos organismos aerobios.55 α 563 554 550 600 603 Bandas de Absorción (nm) β γ 532 429 524 418 521 415 439 (Cu presente) 443 (Cu presente) * * Bandas de absorción de la forma reducida ** Complejo a +a3 Fuente: Pérez. Santa fe de Bogotá. G.deshidrogenasas actúan preferencialmente en reacciones degradativas y las NADP+ . Estas proteínas.25 +0.07 +0. 152 . El FMN es un nucleótido en que interviene la flavina como base nitrogenada.29 +0. CN.o CO.000 370. El tercer tipo de transportadores está constituido por la familia de los citocromos. Tabla 18: Algunas propiedades fisicoquímicas de los citocromos de la fosforilación oxidativa Proteína Citocromo b Citocromo c Citocromo c Citocromo a Citocromo a3 Peso Molecular (Daltons) 30. con el mismo mecanismo aceptor de H+ que el FAD. la diferencia fundamental estriba en la función de este grupo en los citocromos ya que en ellos el átomo de hierro interviene en el transporte de electrones (e-) pasando de Fe+3 (forma oxidada) a Fe+2 (-forma reducida) y viceversa. En los citocromos los sitios de coordinación 5 y 6 del Fe están ocupados por residuos de AA y por tanto no están disponibles para unirse con O2.deshidrogenasas catalizan reacciones redox biosintéticas.500 240.000 12. están fuertemente asociadas a la membrana mitocondrial lo cual ha dificultado su purificación y caracterización detallada. El transporte de e. Bioquímica. se han aislado: • Coenzima Q (o ubiquinona). Santa fe de Bogotá.deshidrogenasa asociada con citocromo b. el amital. Navarro Y. Además de los transportadores ya discutidos. la antimicina A y el ión CN-. G. La estrategia seguida para establecer los componentes y su orden. en la cadena de transporte de electrones es un buen ejemplo de cómo la evidencia experimental de diferente naturaleza puede integrarse para construir un modelo de una vía metabólica. Estos inhibidores provocan la acumulación de las formas reducidas de los transportadores que están localizados antes del sitio de acción del inhibidor. El orden en que se coloquen los transportadores debe considerar los valores de E°’ y se irá del más negativo hasta el más positivo o sea hasta el O2 como aceptor final de los e-. En el caso presente se tuvieron en cuenta los siguientes hechos: • • • Es factible aislar de las mitocondrias complejos de algunos de los transportadores ej: NAD .: Unisur. los transportadores posteriores están en su forma oxidada y estas dos formas se pueden distinguir espectroscópicamente. coenzima Q y proteínas Fe-S o citocromo c asociado a citocromo c1. Es una benzoquinona con 8-10 radicales isopreno (n = 8. 153 . (1992). los más estudiados son la rotenona.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. n = 10) que actúa en reacciones redox de la siguiente forma: Fuente: Pérez.han sido particularmente útiles para establecer el orden de aquellos transportadores para los cuales no se conoce su valor de E°’. Los estudios con inhibidores del transporte de e.puede ser bloqueado selectivamente en varios puntos gracias a la existencia de inhibidores de este transporte. Esto significa que hay una organización de estos componentes en la membrana. 32 a +0.1. citocromo c1. 32. En la figura 48 se indican también los sitios donde actúan los inhibidores del transporte de electrones. que pasa a NADH + H+ que al cederlos 2e.Síntesis de ATP Como ya dijimos la fosforilación del ADP está íntimamente asociada al transporte de electrones. provocando un bloqueo de la cadena respiratoria y en consecuencia impidiendo la reoxidación del NADH + H+ y FADH2 con lo cual se paralizan las vías metabólicas (comenzando por el ciclo de Krebs). Considerando el conjunto de la evidencia experimental se ha propuesto que la cadena de transporte de electrones se realiza según el esquema de la figura 44. ver figura CoA + CO2 o del malato 46. del isocitrato oxalacetato.y 2H+ sobre el FMN se reoxida. Estas proteínas se caracterizan por poseer átomos de Fe unidos a S lábil.del complejo citocromo a + a3 al oxígeno molecular. reacciones del ciclo de Krebs. formándose FMNH2. es un sustrato (metabolito) que al oxidarse cede sus e.a la cadena en el caso en que el metabolito al oxidarse produzca FADH2 (o FMNH2) como sucede en el paso de succinato a fumarato en el ciclo de Krebs. En este esquema observamos que el donador inicial de 2e. Empleando la ecuación: ∆Gº’ = . del α-cetoglutarato succinilAcetil-CoA + CO2. Una discusión detallada de los esquemas de transporte de electrones se encuentra en la lectura recomendada No. las reacciones siguientes en la cadena de transporte de electrones tienen como objeto canalizar los electrones a través de una serie de transportadores (coenzima Q.2 Fosforilación . En los procariotes (donde no existen las mitocondrias) el transporte de electrones se realiza en la membrana celular por un mecanismo similar y algo más sencillo como se indica en la figura 49. que no corresponde al S del Meto o CySH.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Aquí la coenzima Q pasa directamente de la forma Q a QH2 y la salida de los H+ es hacia el medio circundante de la célula.82 volts. 154 .impide la transferencia de e. por ejemplo el CN.sobre las proteínas Fe-S que se reducen y los 2H+ salen de la mitocondria.nF∆E°’ Donde n = 2 electrones. Esta coenzima cede los 2e.y 2H+. etc) hasta llevarlas finalmente sobre el O2 y producir H2O.3. citocromo b. F (expresado en faradays) cuyo equivalente energético es igual a 23062 calorías podemos calcular la energía teóricamente disponible que tenemos en la cadena cuyos E°’ van de -0. Proteínas Fe-S. Vemos que así son reoxidados el NADH + H+ y el FADH2 producidos en Krebs. Intervienen en reacciones redox a través del Fe que pasa de Fe+2 a Fe+3 o viceversa. esta reacción redox permite regenerar el FMN (o FAD según el caso) y constituye un segundo sitio de entrada de e.sobre el NAD+ (caso del piruvato oxalsuccinato. Entonces: ∆Gº’ = -2 x 23062 x (0. energía suficiente para sintetizar varios ATP ya que la formación de un ATP cuesta 7300 cal /mol.22 volts O sea que en aquellos sitios donde la diferencia en los potenciales de reducción estándar de dos transportadores sea igual o mayor que este valor podemos tener energía suficiente para formar un ATP.(-0. Usando la misma fórmula podemos calcular cual sería la ∆E°’ mínima para sintetizar un ATP: -7300 = -2 x 23062 ∆E°’ ∆E°’ = 0.32)) = -52.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. en principio. 155 .82 .7 Kcal. lo que significa que se tiene. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Navarro Y. G. Figura 48: Fosforilación oxidativa en mitocondrias Fuente: Pérez.: Unisur. Santa fe de Bogotá. (1992). Bioquímica. 156 . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.: Unisur. Bioquímica. Navarro Y. Santa fe de Bogotá. Figura 49: Fosforilación oxidativa en procariotes Fuente: Pérez. (1992). G. El estudio experimental de la fosforilación oxidativa in vivo ha permitido establecer como puntos fundamentales: 157 . El rendimiento energético de la vía es de un 40% calculado así: Componente exergónico dado por la reacción: 158 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. (Una discusión detallada la encuentra en la lectura recomendada No. Se consume media molécula de 02 por par de electrones transportados. Por cada par de electrones transportados desde el NADH + H+. cuando se oxida succinato P : O = 2. • La relación P: O (incorporación de Pi como fósforo orgánico. En la membrana existe una ATP asa (o sistema F1 . porque allí la producción de ATP no está ligada al transporte de electrones en una cadena. que es impermeable a la difusión simple de H+. de Isocitrato α-ceto glutarato + CO2. es decir desacoplan la oxidación de la fosforilación. Mitchell ha propuesto la llamada teoría quimio-osmótica para explicar la síntesis del ATP en la fosforilación oxidativa y también en la fotosíntesis1.F0) que dadas las condiciones apropiadas. 3) En las figuras 48 y 49 se indican los sitios de la cadena que cumplen las condiciones para la síntesis del ATP. Por cada par de electrones transferido a partir de FADH2 se sintetizan 2 ATP. La entrada de estos H+ está asociada a la formación de ATP. Esto genera un gradiente de potencial a través de la membrana. Hay una salida de H+ (6H+ en mitocondrias y 4H+ en células procarióticos) como consecuencia del transporte de e.4-dinitrofenol o la valinomicina que permiten el transporte de electrones hasta el oxígeno pero sin que se forme ATP. o sea ATP/mol O2 consumido) es de 3 si se parte de la oxidación piruvato Acetil-CoA + CO2 o fumarato.(ver figuras 48 y 49). se producen 3 ATP. Existen sustancias como el 2. Estas sustancias no tienen ningún efecto sobre las fosforilaciones a nivel de sustrato que ocurren por ejemplo en la glicólisis o en el ciclo de Krebs. es capaz de sintetizar ATP a partir de ADP y Pi. • • • Reuniendo toda la evidencia experimental disponible y con las consideraciones termodinámicas iniciales. Si hacemos un balance global de materiales de la fosforilación oxidativa vemos que: • • • • • Se reoxidan las coenzimas NADH + H+ y FADH2 producidas en el ciclo de Krebs. es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B3_METABOLISMO/t33_ RESPIRACION/animaciones/Glucolisis.net/wikiEducared/index. NADH + H+ + ½ O2 - NAD+ + H2O. debida a la impermeabilidad de la membrana mitocondrial para la entrada de estas coenzimas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.swf http://web. plantea la pregunta de cómo se efectúa la reoxidación de las coenzimas presentes en el citoplasma.9 Kcal/mol Rendimiento = Este rendimiento es mayor que los obtenidos en las vías ya discutidas.swf http://web.2 Vía del glicerol fosfato La segregación existente entre el NAD+ / NADH + H+ citoplasmáticos y mitocondriales.7 Kcal/mol Componente endergónico dado por la reacción: 3ADP + 3Pi 3ATP +3H2O.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B3_METABOLISMO/t33_ RESPIRACION/animaciones/Krebs.7 ∆Gº’ = +21. 159 .php?title=Imagen:Animacion_Ciclo_ de_Krebs.swf 32. La respuesta la constituye la vía del glicerol-fosfato que mostramos en la figura 50 y que además es una excelente ilustración de la permeabilidad selectiva de la membrana mitocondrial. ∆Gº’ = -52.princast.educastur.educared.9 x 100 = 40% 52. CONSULTA LOS SIGUIENTES ENLACES VIRTUALES: PUEDE SER DE MUCHA AYUDA http://portales.princast.educastur. 21. El resultado es la producción de FADH2 que es reoxidado en la fosforilación oxidativa y de 3-P-DHA que difunde al exterior de la mitocondria donde es reutilizado en la reoxidación de una nueva molécula de NADH + H+. Santa fe de Bogotá. Bioquímica.P . 160 . (1992).: Unisur. G. Lección 33: Balance global de la oxidación de glucosa y vía de las pentosas fosfato 33. En la figura observamos que el NADH + H+ producido citoplasmáticamente (por ejemplo en la glicólisis) es reoxidado (por una deshidrogenasa. Navarro Y.1 Balance global de la oxidación de glucosa Comparemos ahora los balances de sustrato carbonado y de ATP cuando la glucosa es oxidada anaeróbicamente o aeróbicamente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. este compuesto sí puede atravesar la membrana mitocondrial y al interior sufre una reoxidación por acción de una deshidrogenasa que emplea el FAD como coenzima (reacción 2). reacción 1) al reducir la 3-P-DHA (que es un metabolito fácilmente disponible en el citoplasma) para dar glicerol 3. Figura 50: Esquema de la vía del glicerol-fosfato Fuente: Pérez. Vemos entonces que la triosa es utilizada cíclicamente y que la producción de un NADH + H+ citoplasmático resulta en la aparición de un FADH2 mitocondrial que al ser reoxidado produce 2 ATP/mol FADH2. Navarro Y. (1992). Bioquímica.O) (reacción 4) 32 ATP porque: 3 ATP En la fosforilación oxidativa 1NAD + H+ 8x3 24 ATP 1FADH2 2ATP 4x2 8 ATP La cantidad total de ATP producido en esta oxidación aerobia de la glucosa será: 2ATP (reacción 1) + 2ATP (reacción 3) + 32ATP (reacción 4) = 36 ATP 161 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. G. y 4FADH2 = 2 (de la reacción 3) + 2 (que se producen por la vía del glicerol 3. Santa fe de Bogotá. En la oxidación anaerobia (glicólisis) la reacción global será: Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi (citoplasmáticos) (1) 2 piruvatos + 2ATP + 2NADH + 2H+ Por tanto se producen 2 moles de piruvato y 2 ATP/mol glucosa oxidada. Las coenzimas: 8NADH + 8H+ = 2 (de la reacción 2) + 6 (de la reacción 3). En la oxidación aerobia los 2 piruvatos son oxidados por el complejo multienzimático de la piruvato decarboxilasa (reacción (2) y por su parte los 2 Acetil-CoA son completamente oxidados en Krebs (reacción 3) hasta 4CO2 y que con los 2CO2 de (2) nos dan los 6 carbonos de la glucosa. En la oxidación aerobia (glicólisis + ciclo de Krebs + fosforilación oxidativa) tendremos: Citoplasma (Glicólisis) M I T O C O N D R I A Glucosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2 Piruvatos (2) + 2NAD + 2 Piruvatos + 2ATP + 2NADH + 2H+ (1) 2HSCoA 2Acetil-CoA+2C02+ 2NADH +2H 2 Acetil-CoA + 2ADP + 2Pi + 6NAD + 2FAD (3) 4CO2 + 2ATP + 6NADH + 6H+ + 2FADH2 8NAD + 4FAD + 6H2O + 32ATP 8NADH + 8H + 4FADH2 + 6O2 + 32ADP + 32Pi (4) Fuente: Pérez.P a partir de los 2NADH + 2H+ citoplasmáticos) producen en la fosforilación oxidativa (F.: Unisur. para obtener una cantidad dada de energía. que se requiere para biosintetizar los nucleótidos. Si se pasa a condiciones aerobias (es decir admite O2) baja el consumo de glucosa y desaparece el lactato. • En la etapa oscura de la fotosíntesis. generar metabolitos que sirven como precursores de la glucosa. En forma global podemos considerar tres etapas en la vía de las pentosas fosfato: • • • Oxidación de la glucosa -6-P (hexosa) hasta ribulosa -5. En esta figura empleamos la representación gráfica de los monosacáridos donde sólo se indica la posición de los grupos OH. 33. lo cual es especialmente importante en aquellos tejidos que realizan biosíntesis que requieren esta coenzima por ejemplo el hígado. una célula facultativa consume 18 veces más glucosa en condiciones anaerobias que en condiciones aerobias y además acumula lactato en condiciones anaerobias. Esta hexosa proviene de una fosforilación de la 162 . Transformación de las pentosas fosfato en hexosas fosfato.000 cal/mol y corresponde al 100% de la energía acumulada en un mol de glucosa.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. constituye una alternativa muy interesante en el catabolismo de los carbohidratos. Las reacciones que suceden en esta vía se muestran en la figura 51 donde para una mejor comprensión del balance de C y de cómo ocurren las reacciones.P (pentosa). tejido adiposo o corteza de glándulas suprarrenales donde se sintetizan ácidos grasos y esteroides. • Obtener una serie de monosacáridos C4. Es decir la energía recuperada será: 36 x 7300/686.2 Vía de las pentosas fosfatos Esta vía degradativa que ocurre en el citoplasma de todos los organismos. C5 y C7 que emplea como intermediarios para otras vías. en especial D-ribosa. • Obtener pentosas. sin tener en cuenta los átomos de H unidos al carbono tetravalente. esto es lo que se conoce como el efecto Pasteur. Interconversión reversible de las pentosas fosfato. se observa que por mol de glucosa la oxidación aerobia produce 18 veces más energía que la anaerobia (36ATP vs 2ATP) lo que significa que. consideramos inicialmente 6 moléculas de glucosa-6-P (Glc-6-P). Gracias a esta vía la célula puede: • Producir NADPH + H+ en el citoplasma.000 = 40% El calor de combustión de la glucosa es 686. En este aspecto es la única vía por la cual muchas células (excluyendo aquellas que realizan fotosíntesis) obtienen su NADPH + H+. 163 . (1992). glucosa o de la fosforilación e isomerización de otras hexosas como fructosa o galactosa (reacciones 2-7 de la figura 43). Santa fe de Bogotá. Bioquímica. Figura 51: Vía de las pentosas fosfato Fuente: Pérez. Navarro Y.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.: Unisur. G. por ello su conocimiento y comprensión en este momento nos facilitará el estudio de las reacciones de la fotosíntesis.). si por ejemplo la célula va a iniciar una mitosis. Además las reacciones que ocurren en esta etapa son las reacciones que en sentido contrario constituyen parte de la etapa oscura de la fotosíntesis. 164 . el paso del fragmento (2) sobre la pentosa (C5) nos genera la seudoheptulosa (C7) y el fragmento residual (C3 = C5 . servirán para regenerar parte de las 6 moléculas de hexosa degradadas. que se inicia con la reacción 7. etc. esta reacción está catalizada por una transferasa (transcetolasa) que tiene como coenzima el pirofosfato de tiamina (PTT) y es reversible.C2) corresponde al 3-PGliceraldehído (3-P-Gal). dos moléculas se combinarán con dos de ribosa-5-P (reacción 7) y dejamos en reserva las otras dos moléculas de xilulosa-5-P. En la primera etapa de la vía la Glc-6-P es oxidada en dos pasos por deshidrogenasas que utilizan el NADP+ como coenzima (reacciones 1. posibilita la obtención de una serie de monosacáridos (tetrosas y heptosas) que no hemos encontrado hasta ahora ni como intermediarios ni como productos de las vías ya estudiadas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. para facilitar el balance de C. 2. Dependiendo de las necesidades globales de la célula se puede entonces canalizar la producción hacia una pentosa determinada. En la segunda etapa (reacciones 5 y 6) se interconvierten reversiblemente las pentosas fosfato entre sí. De estas 4 xilulosa-5-P. consideramos que las seis moléculas de ribulosa-5-P generan dos de ribosa-5-P (reacción 6) y cuatro de xilulosa-5-P. produciendo 6 moléculas de CO2 y 6 de una pentosa fosfato que corresponde a la ribulosa -5-P (una cetosa). Esta etapa comienza con la transferencia de un fragmento de la xil -5-P (indicado en el recuadro) sobre el carbono 1 de la Rib-5-P. CTP. En nuestro diagrama. a su vez ello implica que la ribosa (o deoxirribosa). se requerirá una buena cantidad de nucleótidos disponibles para la síntesis de ácidos nucleicos. esta interconversión se realiza gracias a isomerasas que permiten la fácil conversión de unas pentosas en otras. GTP. esté disponible para la formación de los precursores (ATP. 3) produciendo NADPH + H+ y 3-ceto-6-fosfogluconato que por ser un β-ceto ácido se decarboxila por medio de una decarboxilasa. reacción 4. según el caso. además de producir los monosacáridos intermediarios que alimentarán otras vías. En esta primera etapa tiene lugar entonces la degradación de las hexosas y las reacciones de las etapas siguientes. La última etapa. En lo referente al balance de coenzimas vemos que por 6 Glc-6-P que entran en la vía. En la próxima reacción (8) tiene lugar una segunda transferencia que ahora es un fragmento C3 (mostrado en el recuadro y se refiere a que el residuo tiene tres carbonos unidos entre sí) de la seudoheptulosa. Como resultado nos aparece una hexosa (C6 = C3 + C3) que corresponde a Frc-6P y una tetrosa (C4 = C7 . gracias a una transcetolasa (similar a la de la reacción 7) y el fragmento C2 de la Xil-5-P (en el recuadro) va sobre el C1 de la tetrosa formando una hexosa (C6 = C2 + C4). 2 moléculas de Frc-6-P y 2 moléculas de Eritrosa-4-P. la transferasa que interviene aquí (trans aldolasa) es diferente de la anterior. No sobra anotar que en la célula tanto esta vía como la glicólisis ocurren simultáneamente y la magnitud relativa de una de ellas respecto a la otra. En general todos los procesos biosintéticas requieren del aporte de energía ya que ella es necesaria para formar los enlaces químicos del precursor o de la 165 . ya que consideramos anteriormente que esta etapa se inició con dos moléculas de xil-5-P y 2 de Rib-5P. usando 6 mol de hexosa obtenemos por oxidación 6CO2 y recuperamos 5 mol de hexosa. su importancia como ya vimos es otra. Dado que a partir de 2 moléculas de 3-P. se obtienen 12NADPH + 12H+ (reacción 1 + 3) que podrán usarse en biosíntesis que impliquen reducciones y así regenerar el NADP+. Como balance del sustrato carbonado en esta vía tenemos entonces que a partir de 6 hexosas se produjeron 6CO2 (reacción 4) y se formaron 2 mol de 3-P-Gal y 4 de Frc-6-P (reacción 8 y 9). sobre el C1 (carbono número uno de la molécula) del 3-P-Gal. En resumen. En esta vía no hay producción o consumo de ATP y por tanto no es un sistema por el cual la célula puede obtener energía al degradar los monosacáridos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.C3) que es la Eritrosa-4-P. Las dos Eritrosa-4-P se combinan ahora con las dos moléculas de xil-5-P que teníamos en reserva. el resto es la triosa 3-P-Gal. depende de las necesidades metabólicas en un momento dado. tendremos hasta aquí.Gal se puede formar una molécula de Frc-6-P (reacción inversa a la reacción 9 b de glicólisis). Lección 34: Generalidades de la biosíntesis de carbohidratos En esta lección se estudiará las dos vías biosintéticas más importantes de carbohidratos que son la gluconeogénesls (o biosíntesis de glucosa) y la fotosíntesis. tendremos 5 moléculas de Frc-6-P que se pueden isomerizar a 5 moléculas de Glc-6-P. 1 Principios organizativos Las vías biosintéticas o anabólicas transcurren en la célula gracias a varios principios organizativos entre las cuales podríamos enumerar: • La secuencia de reacciones que constituyen la vía biosintétíca de una biomolécula generalmente difiere en varios pasos de la vía usada para su degradación. por acción de una pirofosfatasa en 2 Pi. si las vías fueran completamente reversibles. Las vías anabólicas están controladas por enzimas reguladoras diferentes de aquellas que actúan en la vía catabólica correspondiente. es decir si se estimula el proceso biosintéticas de una biomolécula se inhibe su proceso degradativa o a la inversa. Las reacciones biosintéticas son consumidoras de energía y están acopladas a la degradación del ATP. Además las enzimas reguladoras de biosíntesis generalmente actúan en las etapas iniciales de la vía. la coenzima de la deshidrogenasa es casi siempre NADPH + H+ que proviene o de la vía de pentosas fosfato o de la fotosíntesis (en el caso de las plantas). biomolécula que se esté formando. Se establece entonces una regulación dinámica que opera de manera recíproca. • • 166 . A pesar de que muchas enzimas pueden actuar en la una o en la otra. Generalmente el ATP se degrada a AMP y P — P compuesto este último que se hidroliza. Dicho de otra manera por cada nuevo enlace que se forma. influir en el sentido de las mismas. de manera que se evitan reacciones innecesarias que conduzcan a intermediarios no utilizables o no requeridos por la célula en ese momento. siempre intervienen algunas enzimas propias de la vía anabólica que no aparecen en la contra parte degradativa. 34. se rompen 2 enlaces ricos en energía. Esta diferencia preserva la integridad del metabolismo global pues así éste no depende de las concentraciones relativas de los metabolitos que podrían. si adicionalmente el proceso incluye reacciones de reducción. Tenemos aquí una nueva aplicación del principio de la máxima economía celular.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Esta degradación tiene lugar de tal manera que el ∆G°’ de hidrólisis es mayor que el ∆G°’ requerido para la biosíntesis y por tanto la reacción es esencialmente irreversible. 5 kcal por la cual es muy costosa energéticamente y termodinámicamente está prohibida. 8. En la figura 52 vemos que el piruvato (que proviene de distintas fuentes) entra a la mitocondria y allí por acción de una carboxilasa (reacción 1) y ATP se genera oxalacetato.6-Di-P.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. P nos da PEP (reacción 167 . ahora actúa una carboxikinasa que con GTP como donador de 4). es por ello que en la glicólisis se realiza en dirección contraria (reacciones 15 y 16. 43). Este es un ejemplo de una reacción anaplerótica estando regulada la enzima por acetil-CoA que requiere para la reacción. La reacción 5 se inicia con el PEP y la reacción 11 y siguientes arranca con la Frc -1. (Ver figura 43). La célula utiliza un rodeo para obtener este PEP. La reacción directa sería: Tiene un ∆Gº’ = +7. la célula (o el organismo) tendrá una enorme ventaja si puede sintetizarla a partir de metabolitos que no sean carbohidratos. 10. 9. La figura 52 muestra las reacciones por las cuales sucede la gluconeogénesis. El paso posterior (2) permite obtener malato que puede salir de la mitocondria y en el citoplasma es reoxidado a oxalacetato (3). específicamente nos referimos a las reacciones 5. Lección 35: Gluconeogénesis Dada la importancia de la glucosa como sustancia que al ser oxidada produce energía. 6. 7. Veamos en primer término cómo es posible obtener PEP a partir de piruvato en forma indirecta. fig. Esta vía tiene lugar parcialmente en el citoplasma y la mitocondria y en los animales es especialmente importante en tejidos como el hígado y la corteza renal. Observamos en ella que muchas reacciones ya las hemos encontrado en sentido contrario en la glicólisis. 12 y 14. : Unisur. Santa fe de Bogotá. Figura 52: Secuencias de las reacciones de la Gluconeogénesis Fuente: Pérez. Navarro Y. (1992). 168 . G.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Bioquímica. 6-DiP + ADP Frc-6-P + ATP. En la glucogénesis actúa una fosfatasa que hidroliza la fructosa-difosfato produciendo Frc.7 + 6.6-DiP a Frc-6-P (reacción 1) constituye la segunda diferencia con la glicólisis. Santa fe de Bogotá. Globalmente tendremos un ∆G°’ = +0.7 + 0. que tiene un ∆G°’ = -3. G.: Unisur. Navarro Y.7) lo que significa que la reacción global (sumando 1 a 4): Piruvato + ATP + GTP PEP + ADP + GDP + Pi Esta reacción es termodinámicamente posible.0 kcal. El paso de Frc-1. Si consideramos los cambios en energía libre tendríamos lo siguiente: Paso No. 1 2 3 4 Reacción   Piruvato + CO2 + ATP carboxilas → Oxalacetato + ADP + Pi a Oxalacetato + NADH + H     → Malato + NAD  Deshidroge nasa + + + + ∆Gº’ kcal -0.5 -6.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.6-P y libera fósforo inorgánico (Pi) con un ∆G°’ = 4. Las reacciones 5 a 10 son inversas a las de la glicólisis y por ellas se llega hasta Frc1. La tercera reacción diferente a la que ocurre en la glicólisis es la defosforilación de Glc-6-P a Glc (reacción 13).2 kcal = (-0. La actividad de esta enzima reguladora está controlada por la relación ATP/AMP siendo el ATP un modulador positivo (estimula la actividad) y el AMP un modulador negativo.7 Malato + NAD     → Oxalacetato + NADH + H  Deshidroge nasa  Oxalacetato + GTP  → PEP + GDP + CO2 Liasa Fuente: Pérez.4 kcal lo que la hace irrealizable. aquí también actúa una fosfatasa que cataliza la reacción: Glc-6-P + H2O GIc + Pi. Bioquímica. con un ∆G°’ = +3. 169 .6-Di P.7 +0. Esta formación de PEP a partir de piruvato es un ejemplo del primer principio enunciado al comienzo del capítulo. (1992).3 kcal. si la reacción fuese inversa a la de glicólisis se tendría: Frc-1.5 – 6.7 +6. hay que anotar que aquí también se ilustra el principio del gasto de dos enlaces ricos en energía por la formación de uno. Importancia Biomédica del Glucógeno Efectos de los ayunos prolongados sobre la reserva del glucógeno Efectos del estrés y el ayuno prolongado sobre las reservas del glucógeno en animales de sacrificio ( producción de carnes DFD (oscuras. duras y secas). este alto costo implica que la gluconeogénesis es irreversible y por tanto la biosíntesis de glucosa (gluconeogénesis) y la degradación de glucosa (glicólisis) ocurren paralelamente y en forma coordinada. • Productos del catabolismo de ácidos grasos. los ácidos grasos son oxidados hasta acetil-CoA y en las plantas éste es transformado en PEP por medio del ciclo del glioxilato ilustrado en la figura 53. La vía está alimentada por: • Intermediarios del ciclo Krebs puesto que cualquiera de ellas puede dar lugar al malato (ver figura 46) quien al salir de la mitocondria se oxida a oxalacetato (reacción 3) y genera PEP. en la cual se sintetiza glucosa y está es almacenada en forma de glucógeno en el hígado ó en el músculo. una de las mejores ilustraciones de los principios organizativos de la biosíntesis y con la glucosa obtenida se puede sintetizar glicógeno o almidón (reacciones 14 y 15) en condiciones controladas por hormonas (insulina en el caso del glicógeno). Una vez más los invito a usar e l Wiki del curso virtual para profundizar en este tema. ya que la importancia del glucógeno debe ser analizado desde: . Acabamos de analizar la ruta biosintética de la gluconeogénesis. tal como lo hemos señalado. 170 . Esta vía es. Como veremos más adelante.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La reacción global sería: 2 Piruvatos + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H + 4H2O + Glucosa + 4ADP + 2GDP + 6 Pi + 2NAD + Luego por cada molécula de Glc formada se gastan 6 enlaces ricos en energía. De esta manera se puede sintetizar GIc a partir de 2 piruvatos. Este ciclo que ocurre en los glioxisomas en las plantas se realiza por algunas de las reacciones que ocurren en el ciclo de Krebs (1. Bioquímica. Los aminoácidos en su catabolismo producen intermediarios del ciclo Krebs y pueden así servir para sintetizar glucosa. 8 y 9 (iguales a las del ciclo de Krebs) forma oxalacetato que sirve como punto de partida para la gluconeogénesis (reacción 10). 7. Gracias a esta diversidad de fuentes carbonadas que pueden proporcionar precursores. • 171 . G. (1992). Santa fe de Bogotá.: Unisur. Como resultado neto dos moléculas de acetil-CoA sirven para sintetizar una de succinato que por las reacciones 7. la célula puede sintetizar glucosa fácilmente aunque a un alto costo. Figura 53: Esquema del ciclo del glioxilato Fuente: Pérez. Navarro Y. 2. 6. Veremos más adelante en este capítulo como puede utilizarse esta glucosa en la síntesis de diversos polisacáridos. 3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. • Esqueletos carbonados de aminoácidos. 8 y 9) y adicionalmente con la intervención de una liasa (reacción 4) y una sintetasa (reacción 5). etc. S H2S. compuestos orgánicos oxidados. Esta tabla nos muestra que un buen número de procariotes realiza fotosíntesis usando como donadores de electrones compuestos diferentes al H2O. acetona. En ella indicamos además la fuente de electrones que usa cada organismo de estos para efectuar la reducción del C02 y sintetizar así la glucosa. Lección 36: Fotosíntesis y biosíntesis de polisacáridos 36. G. Bioquímica. esta situación implica además que en las plantas el O2 liberado proviene del H2O y no del CO2. S Compuestos orgánicos (ej: isopropanol. lactato) Plantas superiores Algas verdes. H2.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.1 Fotosintésis Esta vía metabólica posee una singular importancia no sólo para aquellos organismos que son capaces de llevarla a cabo sino también para la realización de los ciclos del carbono y del oxígeno pues es el eslabón que permite en la biosfera la conservación de una atmósfera oxidante donde el 02 está en amplia disponibilidad. por tal razón la fotosíntesis en estos organismos no libera O2 sino S.y D es su forma oxidada (O2. Santa fe de Bogotá. S. Tabla 19: Organismos fotosintéticos Organismo P R O C A R I O T E E U C A R I O T E Algas verde azules Sulfobacterias verdes Bacterias verdes filamentosas Sulfobacterias púrpura Bacterias púrpura Genero Cianobacteriaceae Chlorobiaceae Chloroflexaceae Chromatiaceae Rhodospirillaceae Utilización del O2 Aerobios Anaerobios estrictos Aerobios Anaerobios estrictos Aerobios Fuente de electrones H2O 2H2S. 172 . piruvato.). compuestos orgánicos 2H2S. La fotosíntesis ocurre en una amplia gama de organismos tanto procariotes como eucariotes.: Unisur. pardas. etc. rojas Plankton Flagelados Diatomáceas Dinoflagelados Aerobios Aerobios Aerobios Aerobios Aerobios H2O H2O H2O H2O H2O Fuente: Pérez. H2. lo cual ha sido demostrado experimentalmente. (1992). S2O3 . Por esta razón la ecuación general de la fotosíntesis sería:  2H2D + CO2  → CH2O + H2O + 2D Luz Donde H2D es el donor de e. Navarro Y. tal como lo muestra la tabla 19. S2O3 . G. La estructura general de las clorofilas y de los carotenos se muestra en la figura 55. Navarro Y. Estos tilacoides se apilan unos sobre otros formando los grana y allí se encuentran los pigmentos fotosintéticos. En los cloroplastos se encuentran todas las substancias necesarias para la fotosíntesis. rodea un sistema de membranas internas y de vesículas (o sacos) llamada tilacoides o discos tilacoides. Los primeros son pigmentos que por su estructura química son capaces de absorber parte de la energía luminosa y pasar a un estado excitado o sea a un nivel superior de energía. los carotenoides y las ficobilinas.10 m) que poseen una compleja estructura con varias clases de membranas. Santa fe de Bogotá. Los discos tilacoides están conectadas entre sí por filamentos membranosos llamados lamelas y todo está suspendido en un líquido denominado estroma (para una discusión más detallada de la estructura del cloroplasto consulte la lectura recomendada No. Los más abundantes son las clorofilas. (1992).: Unisur. partículas subcelulares. Bioquímica. Figura 54: Esquema de un cloroplasto Fuente: Pérez. La figura 54 muestra esquemáticamente la estructura de un cloroplasto. 173 . La fotosíntesis se sucede en los cloroplastos. 1). estos últimos están presentes sólo en las algas rojas y verdeazules. más grandes que las mitocondrias (1 . que podemos clasificar en dos grupos: • • Componentes fotorreactivos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La membrana externa. Componentes no fotorreactivos. los otros dos son de ocurrencia general. muy frágil. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 55: Estructura de clorofilas y carotenos Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. La máxima eficiencia conjunta en la absorción de la energía luminosa se presenta en las regiones 400 - 500 nm y 600 - 700 nm (o sea en el espectro visible) observándose que los carotenos actúan como receptores complementarios en la región del espectro no cubierta por las clorofilas. En los cloroplastos hay también pequeñas cantidades de pigmentos llamados fitocromos cuya absorción es máxima a 680 nm (P 680) o a 700 nm (P700). (Una discusión detallada del papel de las clorofilas la encuentra en el artículo de Rabinowitch). Dentro de los componentes fotorreactivos encontramos una gran variedad de compuestos: • Lípidos: Glicolípidos y fosfátidos. 174 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. • • • • Proteínas: Citocromos (t, b3, b6); plastocianina (Cu+2), ferredoxinas, flavoproteínas. Enzimas. Quinonas Benzoquinonas (plastoquinona) y Naftoquinonas. Coenzimas NADP+, NAD+. Los dos tipos de componentes poseen probablemente una organización espacial en los grana de tal manera que hay una considerable complejidad estructural y funcional que permite la ocurrencia de la fotosíntesis que podemos considerar que sucede en dos etapas: la etapa luminosa y la etapa oscura. Por razones de conveniencia discutiremos cada una de ellas por separado, sin olvidar que están íntimamente relacionadas y son interdependientes. 6.1.1 Etapa Iuminosa Esta etapa ha sido estudiada por métodos espectroscópicos ya que ocurre muy rápidamente (10-15 a 10-13 segundos); en ella se captura un cuanto de luz propia por parle de los pigmentos fotorreactivos que pasan a un estado excitado; de esta forma la energía luminosa se transforma en energía química. Al excitarse, aumentan los potenciales de reducción de las moléculas y esto ocasiona una transferencia de electrones por varios transportadores hasta que finalmente los electrones son aceptados por el NADP+; asociadas a este transporte de electrones ocurren varias fosforilaciones (fotofosforilación) de manera análoga a lo que sucede en la fosforilación oxidativa. En los organismos aerobios hay una fotólisis del H2O, liberándose O2 y electrones que son quienes van a ser transferidos por la cadena de transportadores. En los anaerobios se oxida el donor de e- produciéndose frecuentemente S (molecular) o H2. Con base en la evidencia experimental disponible, esta etapa luminosa en los aerobios se ha esquematizado como se indica en la figura 56. Se considera que en los cloroplastos de estos organismos hay dos centros fotorreactivos: fotosistemas l y II (FSI y FSII) constituidos por clorofila a, carotenos y P700 y por clorofilas a y b, ficobilinas y P680 respectivamente. Tal como lo indica la figura 56 en el FSII ocurre la fotólisis del H2O y al recibir el cuanto de luz (hv ) su valor de Eº’ se hace más negativo (estado Z) y los electrones provenientes del H2O son transferidos por reacciones de óxido-reducción a través de la plastoquinona, cito-cromo b, citocromo f y plastocianina hasta el FSI en su estado fundamental; al ceder los electrones el FS II retorna a su estado fundamental y queda listo para una nueva excitación. 175 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 56: Etapa luminosa de la fotosíntesis Fuente: Pérez, G. Navarro Y. (1992). Bioquímica. Santa fe de Bogotá.: Unisur. Si observamos con cuidado el esquema vemos que la transferencia de electrones desde Z hasta el FSI se hace de un E°’ más negativo (0,0) a uno más positivo (+0,6); la diferencia de potencial resultante (aproximadamente 0,5 volts) se aprovecha para sintetizar ATP por un mecanismo similar al ya discutido en la fosforilación oxidativa (para una discusión en detalle consulte la lectura recomendada No.2) que requiere un mínimo de 0,22 volts para sintetizar un ATP. El fotosistema I que ha recibido los electrones, captura la energía luminosa y pasa a su estado excitado (P430) con un salto en su E°’; los electrones son transportados ahora a través de una ferredoxina y una reductasa para ser finalmente aceptados por el NADP+ que se reduce a NADPH + H+. La cesión de los electrones hace que P430 retorne a su estado fundamental. Como resultado global de esta etapa luminosa podemos decir que a partir del H2O se produce O2 y que por cada par de electrones transferidos se fosforila el ADP (dos moléculas posiblemente) hasta ATP y se reduce el NADP+ hasta NADPH + H+. La lectura recomendada No. 3 le dará un panorama de esta etapa luminosa. Es interesante anotar cómo en esta etapa se pueden ilustrar varios de los principios que rigen el metabolismo ya que la oxidación de una sustancia (el H2O) está aparejada con la producción de ATP y la transferencia de electrones se hace en el sentido creciente de los potenciales de reducción (de más negativo a más positivo) tal y como ocurre en la fosforilación oxidativa. 176 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Además de proveer el ATP y el NADPH + H+ necesarios para la siguiente etapa, la etapa luminosa es una excelente ilustración de un mecanismo biológico que permite transformar energía luminosa en energía química; es por ello y por las potenciales aplicaciones que de aquí se puedan derivar, que ha sido objeto de numerosos estudios que continúan hoy en día. 36.1.2 Etapa oscura La elucidación de esta etapa fue posible, en buena parte gracias a los trabajos del grupo de Calvin quien recibió por ello el Nóbel en 1961. Usando 14C y métodos cromatográficos se estableció que la reducción del CO2 hasta glucosa ocurre en un breve periodo (10-4 - 1s) utilizando el ATP y el NADPH + H+ generados en la etapa luminosa. Una descripción muy interesante de estos trabajos la encuentra en la lectura recomendada No. 4. Dado que esta etapa de la fotosíntesis es cíclica, se conoce también con el nombre de ciclo de Calvin. La figura 57 nos muestra las reacciones que se suceden. Para facilitar la comprensión de esta etapa y su balance de C, se considera la intervención de 6CO2 que por acción de una carboxilasa (liasa), bastante abundante en los cloroplastos, efectúa la carboxilación de la ribulosa-1,5-Di-P (una pentosa) para dar 3-P-Glicerato (3-P-Gato) como producto final de esta reacción (1); es probable que la pentosa (C5) al recibir el CO2 origine un C6 que es inestable y se rompe en 2 moléculas (por pentosa + CO2) de 3-P-Glicerato. Ya que consideramos 6CO2 iniciales, se obtienen 12 de 3-P-Gato; este ácido es reducido (reacción 2) por una deshidrogenasa que usa NADPH + H+ como coenzimas hasta 12 moléculas de 3-P-Gliceraldehído; la reducción requiere energía que en este caso es provista por el ATP. De las doce moléculas de 3-P-Gal dejemos seis en reserva y consideremos las seis restantes. Las próximas reacciones (3, 4, 5, 6 y 7) se encaminan a la síntesis de la glucosa y son iguales a algunas de la que ocurren en la gluconeogénesis (ver figura 52 reacciones 9, 10, 11, 12 y 13). De las seis moléculas de 3-P-Gal, tres son convertidas a 3-P-DHA y por condensación de estas triosas se producen tres moléculas de Frc-1, 6-Di P (reacción 4) que por medio de una fosfatasa se transforman en tres de Frc-6-P (reacción 5); isomerizándose luego una de ellas hasta Glc-6-P (reacción 6); esta hexosa pierde su grupo fosfato por acción de una fosfatasa, convirtiéndose en Glucosa (reacción 7), que ahora sirve como punto de partida para la biosíntesis de varios polisacáridos. 177 178 . las dos Xilulosas-5-P las dejamos en Eritrosa-4-P (2C6 + 2C3 reserva y las dos Eritrosa-4-P se unen con dos de PDHA (que son equivalentes a dos de 3-P-Gal de las cuatro que había en reserva) para dar en la reacción (11). Las dos moléculas de Frc-6-P se combinan con dos de 3-P-Gal (quedando cuatro en reserva) para dar en la reacción (9). 5-Di P gastadas en la reacción 1 y para ello se utilizan las dos moléculas de Frc-6-P restante y las seis de 3-P-Gal dejadas en reserva.7-DiP (2C4 + 2C3 2C7 ). dos moléculas de Seudoheptulosa -1. las reacciones que ocurren en esta porción del ciclo son inversas a las de la parte de la vía de las pentosas fosfato (figura 51 reacciones 5 a 9).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. dos moléculas Xilulosa-5-P y dos de 2C5 + 2C4). Estas reacciones son catalizadas por distintas transferasas. Las reacciones restantes tienen como objetivo final regenerar las seis moléculas de Ribulosa 1. NADPH + H+ y ATP y cantidades relativamente pequeñas de los intermediarios (triosas.. Recientemente se ha descubierto que existe un grupo de plantas gramíneas como maíz. se isomerizan (reacción 15) a 4 de Ribulosa-5-P y en consecuencia tendremos seis de Ribulosa-5-P. dos de 4C5 ). estas últimas. llamado C4. El artículo de Hatch1 le dará detalles sobre este tipo de fotosíntesis 179 . De esta manera se regenera la pentosa gastada en la fijación del CO2 y se cierra el ciclo. o sea de la etapa oscura. su comprensión se facilita considerablemente si se conocen bien las reacciones de la gluconeogénesis y de las pentosas fosfato. oxalacetato). Si realizamos un balance de esta etapa observamos que la reacción neta. tetrosas. será: 6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12H+ Glucosa + 18 ADP + 18 Pi + 12NADP+ Es decir hay un apreciable consumo de ATP y de NADPH + H+ para poder reducir el CO2. Aunque esta etapa parece muy complicada desde el punto de vista de las reacciones que ocurren. Dado que el primer metabolito que aparece en la fijación del CO2 es un compuesto con 3C. y otras en las cuales el primer producto de la fijación del CO2 (reacción 1) son ácidos dicarboxílicos con 4 carbonos (malato. hexosas y heptosas) son suficientes para mantenerlo en operación.5 -Di P. sumadas con Ribulosa-5-P y 2 de Xilulosa-5-P (2C7 + 2C3 las dos de Xil-5-P que teníamos en reserva.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La heptosadifosfato pierde un grupo fosfato por medio de una fosfatasa (reacción 12) y se obtienen dos moléculas de Seudoheptulosa-7-P que se condensan con las dos últimas moléculas de 3-P-Gal de la reserva para dar (reacción 13). pentosas. sólo requiere del aporte externo de CO2. Esta pentosa sufre una fosforilación catalizada por una Kinasa (reacción 16) y se producen seis moléculas de Ribulosa -1. esta fotosíntesis se conoce actualmente como de tipo C3. caña de azúcar. El funcionamiento del ciclo. descontando los intermediarios cíclicos. a condición de que no se utilicen en otras vías. sorgo etc. estas moléculas provienen de la etapa luminosa que las producen por la fotólisis del H2O (con el transporte asociado de los electrones resultantes) y la fotofosforílación. consume más energía pero está compensado porque presenta menor fotorrespiración y por tanto es más eficiente fotosintéticamente. en ellas hay algunas reacciones cíclicas previas a las del ciclo de Calvin y el resultado neto es que el balance de la etapa oscura será: 6CO2 + 30ATP + 12NADPH + 12H+ Glucosa + 30ADP + 30Pi + 12NADP+ En consecuencia este tipo de fotosíntesis. P Cuando se requiere un nucleótido como ADP-glucosa la síntesis es análoga a la de UDP-glucosa por la reacción: Glucosa-1P   + ATP Transferasa → UDP-Glucosa + P –– P  → 2Pi  Pirofosfatasa La celulosa y el almidón se sintetizan de manera análoga haciendo uso de una sintetasa o del conjunto sintetasa + enzima ramificante según se trate de formar amilosa o amilopectina en el caso del almidón.6. Estos precursores provienen de la Glucosa-6-P producida en la fotosíntesis que es transformada en UDP-Glc por la secuencia de reacciones: Glucosa-6P → ← Isomerasa Glucosa-1P P    → 2Pi  –– Glucosa-1.: Unisur. la UDP-glucosa es el donador de Glc que es transferido sobre un extremo no reductor de una molécula de glicógeno ((Glc) n) y éste se alarga en una unidad de glucosa:  etasa UDP-Glc + (Glc)n S int→ UDP + (Glc)n+1 Esta reacción forma los enlaces α -1. (1992).6’ de una glucosa interna.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. G. para ello interviene una enzima ramificante que cataliza la transferencia de un fragmento (6-7 glucosas) del extremo no reductor. creando así el enlace α -1 . CDP-glucosa.P + UTP Transferasa → UDP-Glucosa + Pirofosfatasa En la síntesis del glicógeno (hígado. sobre el OH . músculos). Navarro Y.4 del glicógeno pero la sintetasa del glicógeno no puede formar los enlaces α-1 . Santa fe de Bogotá. Bioquímica.2 Biosíntesis de polisacáridos El grupo de Leloir en Argentina ha establecido que los polisacáridos animales y vegetales se sintetizan empleando como precursores compuestos del tipo monosacáridos-nucleótido que actúan como donadores del monómero.6. 180 .Azúcar UDP-glucosa ADP-glucosa ADP-glucosa. 36. Dependiendo del polisacárido que se vaya a sintetizar se usan los compuestos indicados en la tabla 20: Tabla 20: Precursores usados en la biosíntesis de polisacáridos Carbohidrato Glicógeno Almidón Celulosa Nucleótido . GDP-glucosa Fuente: Pérez. Coenzima A Nombre los sustratos sobre los cuales donde participan. EJERCICIO DE PRACTICA: 1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Tipos de coenzimas presentes en las reacciones del ciclo de krebs.3-di-P-Gato # de moléculas de ATP formadas a partir del paso anterior.6-DiP Aceptor de electrones en la oxidación de del 3-P-Gal al 1. # De molécula ATP formada a partir del de la acción de las kinasas. analizar: Ubicación celular Metabolito inicial Metabolito final Nombre general de la enzima que produce la conversión de la Frc-6-P a Frc-1. 2. 181 . Nombre general de la enzima que produce la conversión de 2-P-Gato a PEP. De acuerdo a las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en el ciclo de krebs analizar: Ubicación celular Metabolito inicial Metabolitos finales Coenzimas participantes en la oxidación del piruvato en acetato por acción del complejo piruvato deshidrogenasa. FAD. Producto de la condensación entre el AcetilCoenzima A y el oxalacetato # de molécula de ATP formada a partir del NADH+H reducido y FADH2 Metabolitos intermedios donde actúan FADH2 a FAD. De acuerdo a las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en la glucolisis. Producto final de la oxidación del piruvato en acetato por acción del complejo piruvato deshidrogenasa. Defina: NAD. 182 . para ello tenga en cuenta lo que es expone en la lección 3 del capítulo 1. G. Navarro Y. De acuerdo a lo anterior explique detalladamente: La formación de las 36 moléculas de ATP formadas a partir de la oxidación aerobia de una mol de glucosa. analizar: Ubicación celular Metabolito inicial Metabolito final Metabolitos que intervienen en la conversión del Piruvato en PEP. 18 Pérez. fosforilación a nivel de sustrato fosforilaciones oxidativas 4.1 Balance global de la oxidación de glucosa 5. Bioquímica. Metabolitos intermedios donde actúan las kinasas. Santa fe de Bogotá. Dé un ejemplo de cada una.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Explique cuál es la diferencia entre fosforilación a nivel de sustrato y fosforilaciones oxidativas.: Unisur. De acuerdo a las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en la gluconeogénesis . (1992). 3. señalando la vía en la que tiene lugar. Investigue cuanto ATP se forma cuando: El NADH+H es citoplasmático El NADH+H es mitocondrial Investigue cuanto ATP se forma a partir de FADH2 (independiente si es citoplasmático o mitocondrial). punto 3. propiedades química y clasificación) ya que estos conceptos como tales no hacen parte del curso de bioquímica. Menciones los metabolitos de las reacciones que suceden en sentido inverso en la glicolisis Definición de Gluconeogénesis CAPITULO 8: METABOLISMO DE LIPIDOS18 Para el inicio del estudio del catabolismo de lípidos. el estudiante debe activar sus conocimientos metacognitivos previos de sus cursos anteriores como la química general y la química orgánica en cuanto a los conceptos generales de los lípidos (estructura. formación e hidrólisis de triglicéridos La revisión bibliográfica de estas temáticas le ayudarán a comprender mejor la vida metabólica que estamos a punto de estudiar. ruta catabólica de los triglicéridos. El capítulo detalla la ubicación celular.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En los animales superiores los triglicéridos son los componentes lipídicos más abundantes. La beta-oxidación es una de las rutas más complejas de este capítulo ya que se debe analizar detalladamente la clase de ácido proveniente del triglicéridos que se están oxidando. Lección 37: Catabolismo de lípidos Señores estudiantes: antes de comenzar la lección 37. El capítulo analiza el catabolismo de triglicéridos.lípidos . su ubicación celular e importancia en la construcción de tejidos y órganos. como de tipo biosintético. El estudio del metabolismo de los lípidos ha recibido mayor atención en los organismos animales y es por ello que la información disponible en este campo para procariotes y para vegetales es considerablemente menor. los ácidos grasos transportados en su forma libre por la albúmina sérica (proteína muy abundante en la sangre) o por los quilomicrones como triglicéridos.clasificación . ya que este grupo de sustancias son las que constituyen en un 95% de las grasas consumidas en la dieta del hombre y animales. Hay que destacar la beta-oxidación. a la ausencia de agua. los triglicéridos son la 183 . ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. se almacenan en forma de triglicéridos. En este capítulo también se analiza las reacciones de biosíntesis de lípidos. En la célula en general los triglicéridos son considerados como material de reserva energética mientras que los fosfolípidos y los esfingolípidos son constituyentes importantes de las membranas. fosfolípidos y colesterol. Debido a su alto contenido en energía (del orden de 9 kcal /g). En este tejido. las reacciones químicas y el balance energético para la producción de ATP. alrededor de un 65% es tejido adiposo donde se realiza un activo metabolismo tanto de tipo degradativo (glicólisis. al menor volumen ocupado y a su disponibilidad. los invito a que repasen los conceptos relacionados con: . ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa).ácidos grasos saturados e insaturados . Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. se centrará este estudio en la degradación de los triglicéridos. la entrada de los ácidos grasos a la mitocondria y su oxidación completa hasta CO2 y H2O. Así mismo. su vida media es de 15-20 días. que aunada a los trabajos posteriores con los sistemas enzimáticos. alrededor del 95% de la energía biológicamente aprovechable. en el cerebro es de 10-15 días y en el hígado es de 1-2 días.1. han permitido disponer de una visión detallada del proceso. En el tejido adiposo por ejemplo. Algunos lípidos como los fosfoglicéridos perduran en promedio desde 200 días (en el cerebro) hasta solo 1 o 2 días (en el hígado). Desde comienzos de siglo XX y gracias a los trabajos pioneros de Knoop. Dependiendo del tejido donde se encuentren los lípidos. su vida media es diferente. En general los lípidos son hidrolizados biológicamente gracias a una gran variedad de lipasas que se encuentran en el intestino delgado.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En un triglicérido. que se describe enseguida. (en ocasiones debido a defectos genéticos). En ciertos animales. los triglicéridos proveen cerca de la mitad de las necesidades energéticas. en la superficie de los adipocitos y en los lisosomas. particularmente aves migratorias y animales con periodos de hibernación. son hidrolizados por las lipasas intestinales hasta glicerol y ácidos grasos libres según la siguiente reacción: 184 .1 Hidrólisis y entrada de ácidos grasos a la mitocondria Los triglicéridos (grasas y aceites) ingeridos en la alimentación. La carencia de alguna de estas enzimas. forma más eficiente en que la célula acumula reservas de energía. ocasiona enfermedades mortales cuyas causas han sido bien establecidas especialmente en la degradación de los esfingolípidos. se ha ido acumulando una enorme cantidad de evidencia química (lectura recomendada #1). 37. 37. proviene de las cadenas carbonadas del ácido graso y sólo un 5% corresponde al glicerol. estos lípidos son la fuente casi única de energía. En órganos tales como el corazón. hígado y en el músculo esquelético. Para cada tipo de lípido (ver la clasificación de los lípidos en el módulo de Química Orgánica1).1 Catabolismo de triglicéridos Por las razones expuestas anteriormente. tenemos un grupo de lipasas muy específicas respecto al enlace que atacan. los rendimientos en ATP y las variantes existentes para los ácidos grasos insaturados servirán para comparar las rutas catabólicas más importantes y generales. Se examinará su hidrólisis por las lipasas. entra a la vía glicolítica y se oxida finalmente hasta piruvato que luego pasa a Acetil -CoA. sufren una activación y transferencias sobre diversos compuestos. Los ácidos grasos por su parte. Esta activación se realiza por medio de una tiokinasa y ATP según esta reacción: 185 . se unen a los ácidos biliares y pueden ser transportados como tales por la albúmina sérica. al llegar a la célula las lipasas los hidrolizan hasta ácidos grasos y de esta forma llegan al citoplasma. para finalizar como complejos acil-carnitina. o nuevamente esterificados para formar triacil glicéridos en los quilomicrones. En este caso. El glicerol es absorbido como tal y rápidamente sufre las siguientes transformaciones: La 3-fosfo dihidroxiacetona (3 P DHA) formada. Debido a que los ácidos grasos no pueden atravesar la membrana mitocondrial.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. absorbidos. Esta reacción general es: Estos acil-CoA tampoco pueden atravesar la membrana mitocondrial y para ello deben ser transformados en un derivado acilcarnitina por medio de una transferasa localizada en la membrana externa. Los aciladenilatos así formados son transferidos sobre HSCoA por medio de transferasas que varían de acuerdo con la longitud de la cadena del ácido graso (grupo R. El ∆G°’ global es = -7. 186 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.2 kcal/mol y solo la acción de la pirofosfatasa hace que el equilibrio se desplace hacia la activación del ácido graso. ver referencia específica # 1). Esta transferasa está situada en la membrana externa de las mitocondrias y la reacción es fácilmente reversible pues su ∆G°’ = -0.1 kcal/mol. el ácido graso forma nuevamente acil -CoA por medio de otra transferasa situada en la membrana interna. Gracias a esta secuencia de reacciones. El proceso de entrada está regulado por la acción de esta transferasa. los diferentes ácidos grasos llegan al interior de la mitocondria donde sufrirán un proceso degradativo conocido como βoxidación. Posiblemente la naturaleza anfifática de la acilcamitina permite su paso a través de la membrana de la mitocondria y una vez en su interior. 187 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. es oxidado en una primera reacción por una FAD-deshidrogenasa que remueve específicamente hidrógeno de los carbonos 2 y 3 (α y β). La figura 58 esquematiza la primera vuelta en la β-oxidación. Como ejemplo se empleará el ácido palmítico (C16) que al haber sido transportado al interior de la mitocondria está en forma de palmitoil-CoA.3). Si el doble enlace fuese de tipo cis. La oxidación de los ácidos grasos se realiza en dos etapas. formándose Acetil-CoA.1. dando lugar a un doble enlace trans (∆ 2. actúan diferentes deshidrogenasas en forma específica. En la segunda etapa. una hidratasa adiciona una molécula de H20 sobre el doble enlace. cómo ocurre la β-oxidación de los ácidos grasos saturados y con un número par de átomos de carbono. la hidratación produciría un D-β-hidroxialcil-CoA. 37. 188 . En la segunda reacción. el carbono 3 (carbono beta) es oxidado y se eliminan 2 átomos de carbono de la cadena hidrocarbonada del ácido. Dado que este enlace es trans. En la primera. se produce un β-hidroxiacilCoA de configuración L (note que el carbono 3 es asimétrico).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. lo cual es fundamental para que continúe el proceso. 2 β-oxidación de ácidos grasos pares y saturados. el Acetil-CoA es oxidado hasta CO2 y H20 a través del ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa. Dependiendo de la longitud de la cadena. El acil-CoA (en este caso palmitoil-CoA). Considere en primer término. G. origina que el grupo OH se oxide hasta quedar un grupo C=O.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 58: Esquema de la β-oxidación de ácidos grasos saturados Fuente: Pérez. apareciendo un β-cetoacil-CoA (β-cetopalmitoil-C0A en este ejemplo) y NADH + H+. Santa fe de Bogotá. (1992). Navarro Y. 189 . La acción de esta enzima. es estéreo específica y requiere que el β-hidroxiacil-CoA tenga la configuración L.: Unisur. Bioquímica. La deshidrogenasa que actúa a continuación (reacción 3). la cual al introducir una nueva molécula de HSCoA libre sobre el compuesto β-cetoacil-CoA. se transforma en una nueva molécula de Acetil-CoA y un acil-CoA con 12 carbonos (C12). dado que en general se requieren (n/z )-1 vueltas. Se considerarán los dos casos a los cuales se puede reducir el problema. generan también ATP.CoA + 7 FADH 2 7 NADH + 7 H + Las 8 moléculas de acetil-CoA son oxidadas totalmente hasta CO2 y H20 produciendo una cantidad considerable de ATP en la fosforilación oxidativa (considerar conjuntamente las figuras 46 y 48). 3 β-oxidación de ácidos grasos pares Insaturados En la β-oxidación de los ácidos grasos de este tipo intervienen algunas enzimas adicionales que permiten resolver los problemas planteados por la pre-existencia de los dobles enlaces que por razones de biosíntesis son de tipo cis. produciéndose un acil-CoA con 2 átomos menos de carbono y otra molécula de Acetil-CoA. actúa una transferasa (Tiolasa). 190 . 37. Por su parte. si n es el número de carbonos iniciales. Cada acil-CoA entra a una vuelta adicional de β-oxidación y después de un número de vueltas (n) que depende de la longitud inicial del ácido graso se obtiene luego de la reacción 3 (repetida n veces) el compuesto aceto-acetil-CoA (C4 ). La ecuación global para la β-oxidación del ácido palmítico será: Palmitoil . las coenzimas reducidas (FADH2 y NADH+ H+) cuando son reoxidadas en la fosforilación oxidativa. este último entra al ciclo de Krebs directamente (ya que se encuentra al interior de la mitocondria) y se oxida completamente hasta 2 CO2 y H2O.CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 HSCoA + 7 H 2 O → 8acetil . ocasiona una ruptura del enlace entre los carbonos α y β. El nuevo acil-CoA tendrá ahora 14 carbonos y entra en una segunda vuelta de βoxidación (línea punteada) y luego de sufrir las 4 reacciones enzimáticas. El balance de C y energía se mostrará más adelante. de la siguiente manera: En el caso del ácido palmítico (C16) se requieren 7 vueltas para llegar a esta situación.1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En la cuarta y última reacción de esta primera etapa. que por la reacción 4 se transforma en 2 moléculas de Acetil-CoA. La diferencia en el balance global será un FADH2 menos que en la β-oxidación del ácido esteárico (C18 saturado). se llega al acil-CoA siguiente: Donde existe un ∆3.3-trans. 10.4 cis. en el cual existe un doble enlace cis entre C9-C10 y luego de 3 vueltas de β-oxidación. interviene una isomerasa que pasa el doble enlace de 3. con producción de 3 Acetil-CoA. En el segundo caso.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 12.3 trans. Luego de 3 vueltas hay una situación análoga a la del oleico ya que el acil-CoA resultante sería: Al iniciar la cuarta vuelta. En el primer caso. Al terminar la quinta vuelta tenemos el siguiente acil-CoA: 191 . Se analizará lo que sucede con el linoleico (∆9. se toma por ejemplo el ácido oleico (C18). están los ácidos grasos poliinsaturados.y la vía continúa sin ningún cambio adicional. no actúa la FAD-deshidrogenasa (reacción 1 figura 58) y no se produce FADH2.para luego realizar las reacciones posteriores de la vuelta sin producción de FADH2. Dado que ya existe la instauración.a 2. 3 FADH2 y 3 NADH + 3H+. 1 0-cis original del ácido oleico.4cis. 1 3-cis). actúa una isomerasa que pasa el doble enlace de 3.a 2. 4-cis-enoil-CoA que corresponde al ∆9. 3-cis. 192 . Ile). puesto que la NAD-deshidrogenasa es absolutamente específica para L-β . produce el D-β-hidroxiacil-CoA. 37.4 β-oxidación de ácidos grasos de cadena impar o ramificada Los ácidos grasos de cadena impar o ramificada son poco frecuentes en la naturaleza y más bien aparecen como productos de la degradación de algunos compuestos (ejemplo: Val. entre otros) son degradados de manera similar recurriendo a estas isomerasas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En el cual existe un ∆2.1.hidroxiacil-CoA en L-β-hidroxiacil-CoA y la degradación continúa.por lo cual no actúa la FAD-deshidrogenasa y al ser hidratado (reacción 2 figura 58). Esta enzima no actuara. Estos ácidos son degradados de la manera usual hasta que se llega a la ramificación o al radical propionil. El problema se resuelve con la intervención de una enzima isómera (epimerasa) que transforma el D-β. paralizándose la β-oxidación.hidroxiacil-CoA. Los ácidos grasos poliinsaturados restantes (linolénico y araquidónico. La secuencia de las reacciones que suceden de ahí en adelante se muestra en la figura 59. Navarro Y. En primer lugar actúa una transferasa (reacción 1) que al incorporar HSCoA produce propionil-CoA este compuesto sufre una carboxilación (reacción 2) que requiere ATP y biotina (vitamina del grupo B) como coenzima. se produce inicialmente D-metilmalonil-CoA que es isomerizado a L.metilmalonil-CoA que a su vez se isomeriza (reacción 3) a succinil-CoA que por ser uno de los intermediarios del ciclo de Krebs continúa por esa vía. G. (1992). Bioquímica.: Unisur.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Se tiene aquí un nuevo 193 . Santa fe de Bogotá. Figura 59: Esquema de β-oxidación de ácidos grasos ramificados Fuente: Pérez. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 194 . ejemplo de una reacción anaplerótica y la posibilidad de degradar ácidos grasos poco comunes. (2008).oxidación Krebs 35 x 3 17 x 2 = = 105 ATP 34 ATP 9 ATP 148 1 147 ATP Reoxidación NADH + H+ Reoxidación FADH2 Krebs (fosforilación a nivel sustrato) Total ATP producidos: Menos ATP gastados: Producción neta: En resumen 1 mol de ácido esteárico (PM=284. se presentan 2 casos: • Catabolismo del ácido esteárico. 195 . Palmira: Universidad Nacional Abierta y a distancia.oxidación 8 FADH2 9 FADH2 + = 17 FADH2 β . R. Bioquímica. Dado que el calor de 19 Munera.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Lección 38: Balance de la degradación de ácidos grasos19 Con el objeto de ilustrar como se efectúan los balances de carbono y energía al considerar el catabolismo de los ácidos grasos. se tomará como ecuación global: Estearil-CoA + 8FAD + 8NAD + 8HSCoA + 8 H2O + 9 acetil-CoA + 8FADH2 + 8NaDH + 8H + Los 9 acetil-CoA al ser oxidados en Krebs producen: 9Acetil-CoA + 9ADP + 27NAD+ + 9FAD 18C02 + 9ATP + 27NADH + 27H+ + 9 FADH2 (ver figura 46) La reoxidación de las coenzimas reducidas en la fosforilación oxidativa producen 3 ATP por cada NADH + H y 2 ATP por cada FADH2 en consecuencia tendremos: 8 NADH + 8 H + 27 NADH + 27 H + + = 35 NADH + 35 H + Krebs β . es decir (18/2) 1. En su activación se consume 1 ATP y su β-oxidación requiere 8 vueltas.5) al ser oxidado hasta CO2 y H2O nos produce 147 ATP o sea 1073100 cal (147X7300). saturado. En el primer caso tenemos un ácido graso con 18 carbonos. Por tal motivo. • Catabolismo del ácido linoleico. oxidación Krebs 35 x 3 14 x 2 = = 105 ATP 28 ATP 9 ATP 142 1 141 ATP Reoxidación NADH + H+ Reoxidación FADH2 Krebs (fosforilación a nivel sustrato) Total ATP producidos: Menos ATP gastados: Producción neta: Comparando con el esteárico. el catabolismo del linolénico. En el segundo caso. Los cálculos son similares a los efectuados para el esteárico y luego de la oxidación por el ciclo de Krebs se obtiene: 8 NADH + 8 H + 27 NADH + 27 H + + = 35 NADH + 35 H + Krebs β . 196 . la cantidad de energía (en términos de ATP) obtenida por la oxidación de los ácidos grasos es muy superior a la obtenida de los carbohidratos. gasta para su activación 1 ATP y con las 8 vueltas necesarias su ecuación global es: Linolenil-CoA + 5FAD + 8NAD + 8HSCoA + 8 H2O + 9 acetil-CoA + 5FADH2 + 8NaDH + 8H + En este caso. tiene un rendimiento en ATP algo más bajo.3 X = 100% X 39. y en general de los insaturados. Esta es la razón por la cual el organismo acumula triglicéridos como material de reserva energética.oxidación 5 FADH2 9 FADH2 + = 14 FADH2 β .625 kcal.2% Entonces.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Si el calor de combustión de 1 mol de linoleico fuese de 2. un ácido graso de 18 carbonos con 3 insaturaciones. combustión de 1 mol de esteárico es de 2. la recuperación de energía es del 39. la energía recuperada sería: 265 141 x 7.698 kcal. se producen 5 FADH2 (comparados con los 8 FADH2 producidos en la β-oxidación del esteárico) debido a las 3 insaturaciones preexistentes.8%. Por ello se presentarán solamente los mecanismos más generales para su degradación. cuatro tipos de enzimas fosfolipasas presentes en los tejidos. donde el sustrato es una lecitina. Algunos de ellos como la esfingomielina son especialmente abundantes en el tejido nervioso y en el cerebro. producen específicamente los compuestos señalados en la figura 60. portafolio del curso. La cantidad de ATP proveniente de la oxidación completa de un triglicérido es considerable obteniendo 3 moléculas de ácidos grasos además del glicerol que a través de la glicólisis. Es interesante saber que las grasas saturadas como las de origen animal aportan más calorías (mayor producción de ATP) que los insaturados de origen vegetal. 197 . ¿Qué opina al respecto? Deja tu aporte en la herramienta virtual: wiki. Lección 39: Catabolismo de fosfolípidos Los fosfolípidos son constituyentes muy importantes de las membranas celulares cuyas propiedades biológicas dependen en buena medida de la presencia y composición de esta clase de lípidos. ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. En el catabolismo de los fosfolípidos intervienen hidrolasas que pueden ser fosfolipasas. Por ejemplo. también contribuyen a la producción de ATP. fosfodiesterasas y fosfomonoesterasas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. podríamos afirmar que esta es la razón por la cual las grasa aportan más calorías que los azúcares. Cuando se considera la estructura global de los fosfoglicéridos y de los esfingolípidos. De acuerdo al tema que acabas de ver. es evidente la enorme diversidad estructural que poseen estos lípidos. cada una con un alto grado de especificidad. (1992). G. una fosfomonoesterasa hidroliza el glicerol-fosfato (GP) a fosfato inorgánico (Pi) y glicerol que puede ser catabolizado por la vía glicolítica: 198 . Navarro Y. Figura 60: Productos resultantes de la degradación de la Lecitina por fosfolipasas Fuente: Pérez.: Unisur. una fosfodiesterasas puede liberar colina a partir de glicerolfosforil colina (GPC) según la reacción: A su vez. Santa fe de Bogotá. Bioquímica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Adicionalmente. C27) o como ácidos biliares (C24). (1992). Santa fe de Bogotá. la cantidad varía con cada especie y con la dieta. Figura 61: Estructura del colesterol Fuente: Pérez. siendo mayor para 199 . Bioquímica. Navarro Y.com/watch?v=iK75Pm9pK0k http://www.: Unisur.youtube. Se ha calculado que alrededor de 500 .com/watch?v=WtoQn7Pa-FI Lección 40: Catabolismo de colesterol El colesterol presente en los organismos superiores (peces.80% de los esteroides excretados.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. muestra las características estructurales del colesterol. son catabolizados de manera semejante y en conjunto los diferentes productos participan en un ciclo metabólico por medio del cual se efectúa también la biosíntesis de estos compuestos. Otros fosfolípidos como fosfatidiletanolamina. aves.700 mg/día de esteroides neutros son excretados a través de la bilis. Señores estudiantes: Consulte el siguiente material. G. mamíferos) es excretado en forma de esteroles neutros (con 27 átomos de carbono. células de la mucosa intestinal y secreciones intestinales. Los esteroides neutros presentes en las heces son una mezcla bastante compleja y en el hombre constituyen un 30 . será de gran ayuda: http://www. fosfatidilserina. La figura 61. entre otros.youtube. (1992). el deoxicólico y el quenodeoxicólico cuya similitud estructural se aprecia en la figura 62. Los ácidos biliares más abundantes son el ácido cólico. 200 . Bioquímica.la hidroxilación (oxidación) de los carbonos 7 y/o 12 y la degradación de la cadena lateral hasta obtener un carboxilo en el carbono 24. Figura 62: Principales productos del catabolismo del colesterol Fuente: Pérez. G. Santa fe de Bogotá. la saturación del doble enlace presente en los carbonos 5.6 y de esteroides de origen vegetal como sitosterol y estigmaesterol. Navarro Y.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. dietas ricas en grasas insaturadas.6 del colesterol. la isomerización del hidroxilo 3 β-a 3 α. El catabolismo de los ácidos biliares incluye como transformaciones más importantes.: Unisur. El componente mayoritario de la mezcla es el coprostanol (cuya estructura se muestra en la figura 58) acompañado de otros esteroides saturados en las posiciones 5. En el tracto intestinal las sales de los ácidos biliares se hidrolizan a su forma libre y luego de sufrir oxidación de los hidroxilos a grupos ceto.1 Biosíntesis de triglicéridos 41. dada su importancia como material de reserva y luego se discutirán los fosfoglicéridos.1. Los procesos de biosíntesis de lípidos son particularmente activos en el hígado y en el tejido adiposo de los animales. las cuales juegan un papel muy importante en la digestión y absorción de los lípidos por sus propiedades emulsificantes. éste metabolito proviene del 201 .5. Lección 41: Biosíntesis de lípidos En los organismos vivos la capacidad de almacenamiento de polisacáridos es bastante limitada mientras que los lípidos y especialmente los triglicéridos representan una fracción considerable del peso. mientras que en las plantas se localizan principalmente en el fruto y semillas.2 Biosíntesis de ácidos grasos Se estudiará en primer lugar como se sintetizan los ácidos grasos. por ser constituyentes de la membrana celular y los esteroides por el papel hormonal que tienen algunos de ellos. Los ácidos biliares se conjugan con glicina o taurina para formar las sales biliares. lo cual es suficiente para mantener su energía basal durante 8 semanas. La formación de estas sales está influenciada por la dieta. por el estado de salud del individuo y por los niveles de algunas hormonas. si es el caso. son reabsorbidas en la parte inferior del íleon y pasan al hígado donde luego de conjugarse con glicina o taurina son reexcretados a la bilis y de allí pueden pasar a las heces. Los trabajos en este campo han demostrado que el primer ácido graso sintetizado es el palmítico (C16) y que a partir de él se derivan por alargamiento y formación de dobles enlaces. La mayoría de la discusión subsiguiente estará dedicada a la biosíntesis de triglicéridos.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Las reacciones tienen lugar en el citoplasma a donde es transportado el grupo acetilo presente en las mitocondrias como AcetilCoA. este procesamiento está controlado homeostáticamente por la concentración de ácidos biliares en la sangre que va al hígado por la vena porta. Un adulto de 70 kg puede almacenar hasta 12 kg de triglicéridos. los otros ácidos grasos. 41. Navarro Y. G. catabolismo de carbohidratos. Santa fe de Bogotá. Bioquímica.: Unisur. de ácidos grasos o de algunos aminoácidos y cuando se encuentra en exceso (como resultado de este catabolismo) es exportado al citoplasma empleando la secuencia de reacciones ilustrada en la figura 63. Figura 63: Transporte de Acetil-CoA mitocondrial al citoplasma Fuente: Pérez. (1992). 202 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. su entrada a la mitocondria y posterior reoxidación (reacciones 3 y 4). por consiguiente la velocidad global de la vía depende de la velocidad con que se efectúe esta carboxilación. interviene en los pasos restantes un complejo de siete enzimas (en células animales).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. la energía necesaria para formar el enlace éster proviene del ATP que se degrada. conocido como la sintetasa de ácidos grasos que se abreviará como E (de enzima) y que en forma esquemática se considera constituido por las enzimas asociadas que se indican en el siguiente esquema: 203 . La reacción (1) corresponde a la primera reacción del ciclo de Krebs y el citrato es llevado al citoplasma por medio de un sistema transportador presente en la membrana mitocondrial. Una vez que se ha formado el malonil-CoA. El Acetil-CoA citoplasmático va a la biosíntesis de ácidos grasos y el oxalacetato a través de la formación de malato. La reacción es la siguiente: Esta sintetasa es una enzima reguladora cuya actividad aumenta con citrato. En el citoplasma es degradado por una liasa para dar oxalacetato y acetil CoA (reacción 2). regeneran el oxalacetato gastado en la primera reacción y el resultado neto es que el grupo acetato inicialmente presente en la mitocondria está ahora en el citoplasma donde sufre una carboxilación por medio de una sintetasa que requiere biotina (vitamina del grupo B) y ATP. esta molécula tiene en uno de sus extremos un grupo -SH que forma enlaces tio éster de manera similar a como lo hace la HSCoA y sirve así como un transportador de grupos R(CO). la enzima está también presente en procariotes20 donde el complejo multienzimático ha sido parcialmente estudiado. J Lennarz.Anual review in Biochemestry. es quien ahora tiene el grupo 3-ceto acil. La proteína PTA. Como resultado. 204 . Este mecanismo se estableció gracias al empleo de 14C como marcador.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 20 Lipid metabolism / W. . La primera enzima que actúa es la acetil transferasa que lleva el grupo CH3(CO)sobre una cisteina de la sintetasa de ácidos grasos (E) (reacción 1) y luego el grupo malonil (-OOC — CH2 — (CO) —) es colocado por la malonil transferasa sobre el HS de la PTA (reacción 2). El componente PTA (Proteína Transportadora de Acilos) es una enzima pequeña (PM 9000) que tiene la 4-fosfopanteteína como grupo prostético. – p359. – Vol 39.marcado con **.(acilo). 1970. los 2 grupos acilo están muy cerca en la sintetasa (E) y en el siguiente paso (reacción 3) son condensados recibiendo el C+ el grupo acetil y saliendo como CO2 el COO. La participación de la sintetasa de ácidos grasos en la biosíntesis se lleva a cabo a través de una serie de pasos esquematizados en la figura 64. Catabolismo de Carbohidratos de este módulo). Este es reducido por una enzima que usa NADPH+H+ como coenzima (reacción 4). la reacción global sería: Acetil-SCoA+Malonil SCoA+2 NADPH+2H++HSPTA HSCoA+CO2 2 NADP+Butiril.3-trans. es transferido enzimáticamente sobre la CySH (reacción 7) En esta primera vuelta de la biosíntesis.SPTA +2 205 . El D-3.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. El butiril SPTA unido a la sintetasa (E).hidroxiacil PTA producido pierde una molécula de H20 por medio de una deshidratasa formándose un doble enlace 2. este dinucleótido proviene de la vía de pentosas fosfato y esta reacción regenera la forma reducida necesaria para la operación de la vía (ver capítulo 6.deshidrogenasa (reacción 6).(reacción 5) que es reducido por otra NADP. Figura 64: Esquema de las reacciones de biosíntesis de ácidos grasos 206 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. : Unisur. por esta razón se consideran como esenciales y deben ser ingeridos en la dieta.10. Los ácidos grasos poliinsaturados (linoleico. El palmítico requiere 7 vueltas en total y la ecuación global sería 7C02+8AcetilCoA+14NADPH+14H+7ATP+7H2 Palmítico (C16)+7CO2+14NADP++7ADP+7 Pi El proceso de alargamiento de los ácidos grasos se efectúa por medio de sistemas enzimáticos localizados en la mitocondria donde el Acetil-CoA es el donante del par de carbonos recibidos por el acil-CoA. Los procariotes y las plantas sí pueden sintetizar los ácidos grasos poliinsaturados por medio de oxigenasas propias de cada tipo de organismo. quienes no disponen de las enzimas necesarias. Bioquímica. G. 5.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. varios intermediarios y algunas reacciones. Navarro Y. actuando el malonil CoA como el donante de C. un nuevo malonil. o también en el retículo endoplasmático. este último puede provenir o de glicólisis (ver figura 43) o de la fosforilación del glicerol así: 207 .3 Biosíntesis de triglicéridos y fosfoglicéridos Estos tipos de compuestos comparten en su biosíntesis.CoA se transfiere al HS de la PTA (reacción 2) y luego se repiten las reacciones 3. Santa fe de Bogotá. donde en forma muy activa se adiciona malonil-C0A sobre el Para la biosíntesis de los ácidos grasos monoinsaturados. 4. Los intermediarios comunes son acil-CoA y glicerol-3-fosfato. (1992). 6 y 7 terminando el complejo como: En cada vuelta se añaden 2 carbones sobre el acilo ya formado. Fuente: Pérez. el palmítico y el esteárico sirven como precursores ya que por acción de una oxigenasa mixta (emplea NADPH + H+ y O2) se crea el doble enlace cis en la posición 9. En la segunda vuelta. linolénico) no pueden ser sintetizados por mamíferos.1. 41. proteínas o grasas son ingeridos en exceso respecto a los requerimientos energéticos y biosintéticos.P (10). donde los triglicéridos y los fosfoglicéridos se biosintetizan gracias a una secuencia de reacciones que incluyen la formación de un ácido fosfatídico a partir de 2 moléculas de acil-CoA y glicerol-3. Si la célula necesita triglicéridos. las calorías en exceso se almacenan como triglicéridos. También. Los acil-CoA se forman por la reacción: Un esquema general de la biosíntesis de triglicéridos y fosfoglicéridos se ilustra en la figura 65. 208 .colina. apareciendo un primer tipo de fosfoglicérido. las lecitinas se pueden sintetizar por una vía directa (reacción 6) en la que el diacil-glicerol recibe fosfocolina de un donante que es la CDP. Su biosíntesis está controlada por hormonas como la insulina que la promueve. En los animales el catabolismo y anabolismo de los triglicéridos ocurre simultáneamente y ellos se encuentran en un estado estacionario en cantidades más o menos constantes. si se requieren los fosfoglicéridos el diacil-glicerol recibe un grupo fosfoetanolamina proveniente de citidin-difosfatoetanolamina (CDP—O—CH2—CH2—NH2) por acción de una transferasa (reacción 4). Cuando se requiere sintetizar lecitinas. Si los carbohidratos. una eliminación del P por una hidrolasa (2) lo cual produce diacil-glicerol. el glucagon y hormonas adrenocorticales (cortisol) que la disminuyen. Los otros fosfolípidos que están en las membranas son sintetizadas en forma similar empleando diacil glicerol y derivados del CDP1. la fostatidiletanolamina sufre una metilación en la que un derivado de la metionina (S-adenosilmetionina) actúa como donante de los grupos CH3 (reacción 5).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. se lleva a cabo la reacción (3). hasta este punto la ruta biosintética es común para los dos tipos de lípidos. 41. Figura 65: Esquema de la biosíntesis de triglicéridos y fosfoglicéridos Fuente: Pérez. Navarro Y. G.1.4 Biosíntesis de colesterol Dada la importancia de este esteroide como precursor de otros esteroides biológicamente importantes como son los ácidos biliares y las hormonas esteroidales.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. (1992). Santa fe de Bogotá. su biosíntesis ha sido objeto de un gran número de trabajos y su 209 .: Unisur. Bioquímica. Las transformaciones anteriores son grupos de reacciones y la vía en detalle es una de las más complejas que existen. en la figura 66. Lynen y Conforth les valió el Nóbel en 1961.-p.-Vol 150.-Science. esclarecimiento por Bloch21. 1965.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Empleando 14C se ha establecido que la vía biosintética se inicia con la condensación de 3 moléculas de acetil-CoA. 21 The biological síntesis of colesterol K. por eso solo se indican los intermediarios ya citados. que es un esteroide y a partir de él se obtiene el colesterol. produciéndose mevalonato que a su vez es fosforilado y por pérdida de CO2 e H genera isopentenilpirofosfato que es una forma activa de una unidad isopreno.19 210 . Bloch. Luego 6 unidades isopreno se ensamblan para producir el escualeno que por ciclización produce el lanosterol. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA.: Unisur. Figura 66: Principales intermediarios en la biosíntesis del colesterol Fuente: Pérez. Santa fe de Bogotá. Bioquímica. 211 . Navarro Y. (1992). G. Dentro de lo ácidos grasos saturados e insaturados. (1992). EJERCICIO DE PRACTICA: 1. quien aporta mayor moléculas de ATP? 5. Santa fe de Bogotá. los cuales sirven de base para la formación ó eliminación de otros aminoácidos. el cual es saturado de 12 carbonos. De igual forma calcule el balance de la degradación. analizar: Ubicación celular Metabolito inicial Metabolito final Destino del glicerol procedente de la hidrólisis de los triglicéridos. Bioquímica. 3. El estudiante puede comprender que para cada aminoácido hay una ruta diferente. Intermediarios de la activación de los ácidos grasos antes de la entrada a la mitocondria. Navarro Y. Esquematice en el recuadro ( se acepta en forma escaneada) la reacciones que sufrirá el ácido laúrico . De igual forma calcule el balance de la degradación. Esquematice en el recuadro (se acepta en forma escaneada) la reacciones de biosíntesis par la formación de un acido graso de 6 carbonos. De acuerdo a las reacciones bioquímicas que se llevan a cabo en el catabolismo de triglicéridos .: Unisur. El capitulo presenta la degradación de los aminoácidos y cuando estos son integrantes o vías de alimentación de otras rutas como el ciclo de Krebs. 4. CAPITULO 9: METABOLISMO DE AMINOACIDOS 22 El capítulo analiza el catabolismo de los aminoácidos consumidos en la dieta y los sintetizados en el organismo. Se analiza que la degradación de los aminoácidos en relación a su estructura general tiene cuatro mecanismos. pero que hay rutas en las cuales participan más de un aminoácido. es decir el # de moléculas de ATP. 212 . es decir el # de moléculas. G. Esquematice en el recuadro (se acepta en forma escaneada) la reacciones que sufrirá el ácido oleico. Nombre del compuesto como entran los ácidos grasos a la mitocondria Nombre del compuesto como quedan los ácidos grasos a la mitocondria 2. 22 Pérez.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. el cual es monoinsaturado de 18 carbonos. diabetes mellitus) o en las cuales no hay suficientes reservas de polisacáridos (ayuno). • Generalmente. antibióticos. etc. neurotransmisores. núcleos porfirínicos. los aminoácidos libres resultantes son absorbidos en el intestino delgado y transportados por la sangre hasta los diferentes tejidos. como precursores de coenzimas. 213 . son catabolizados hasta CO2 y NH3. en las cuales no se permite la utilización adecuada de los carbohidratos (por ejemplo. • Si la dieta provee más de los aminoácidos necesarios para satisfacer los requerimientos de la síntesis de proteínas corporales. Lección 42: Catabolismo Los aminoácidos realizan una serie de funciones muy vanadas en el organismo ya que son usados como bloques constituyentes de proteínas. Los aminoácidos pueden ser catabolizados en diferentes circunstancias metabólicas: • Durante el proceso de renovación normal de los tejidos. de los cuales cerca de un 25% entran en degradaciones oxidativas que confluyen en el ciclo de Krebs y en consecuencia. las proteínas son degradadas hasta aminoácidos y si estos no se utilizan para sintetizar otras proteínas. metaboliza alrededor de 400 g. el exceso se cataboliza pues el organismo no puede acumularlos. hormonas. cuando hay carencia de reservas energéticas. el catabolismo de los aminoácidos está precedido por la hidrólisis de las proteínas que en forma exógena a los tejidos se realiza en el tracto digestivo por la acción combinada de proteasas como la pepsina (jugo gástrico). pueden incluso ser utilizados como fuente de energía. las proteínas son utilizadas como fuentes de energía y los aminoácidos son oxidados degradativamente. diarios de proteínas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En ciertas condiciones metabólicas. En condiciones especiales. quimotripsina. La rata de conversión metabólica de los aminoácidos es considerable y se calcula que un hombre de 70 kg. La biosíntesis de aminoácidos son conceptos que también se consideran en este capítulo. tripsina. Los conceptos generales se refuerzan con la autoevaluación. exopeptidasas (jugo pancreático y glándulas del intestino delgado). son degradados oxidativamente. ejercicios de práctica e información de interés que están en recuadros donde se invita al estudiante a generar conocimiento y consultar enlaces virtuales. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. que entran en juego en el catabolismo de la cadena carbonada. En contraste con lo ya discutido para la degradación de carbohidratos y lípidos. DOPA-amina a partir de dihidrofenilalanina) y cuya existencia es muy breve en la célula ya que son destruidas por aminooxidasas. 43.2 Deaminación no oxidativa Algunas enzimas presentes en ciertos microorganismos y en vegetales superiores. catalizan la reacción: 214 . Lección 43: Catabolismo de los grupos α-NH2 y α-COOExisten cuatro caminos por los cuales se modifican degradativamente los aminoácidos a nivel de los grupos α-NH2 o α-COO-. uno para cada aminoácido. La degradación de las proteínas al interior de la célula (proteólisis endógena) no se conoce en detalle pero muy seguramente involucra las variadas proteasas presentes en los lisosomas. catabolizan la siguiente reacción: Estas enzimas. producen a partir de ciertos aminoácidos aminas con una actividad biológica muy fuerte (histamina a partir de His. 43. que utilizan el fosfato de piridoxal como coenzima.1 Decarboxilación Un cierto número de decarboxilasas (clase liasas). no es posible incluir todos los aminoácidos en esquemas generales de degradación y por el contrario existen cerca de 20 sistemas multienzimáticos. Con varios aminoácidos la reacción produce αcetoácidos que son metabolitos del ciclo de Krebs o fácilmente llegan a serlo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Podemos representar la reacción así: La mayoría de las transaminasas son más específicas para el α-cetoglutarato que para el aminoácido donador del α-NH2 y la reacción es fácilmente reversible pues el ∆G°’ es cercano a cero. 43. tal como se observa en las siguientes transaminaciones: 215 .3 Transaminación La reacción general catalizada por las transaminasas (transferasas) tiene como objeto remover el grupo α-NH2 de un aminoácido dado y transferirlo finalmente sobre un aceptor común (el α-cetoglutarato) y el producto posteriormente es catabolizado. La enzima de este tipo mejor conocida es la aspartasa (clase liasa) que transforma el ácido aspártico en fumarato. La figura 67 ilustra en forma general los puntos de entrada y los metabolitos finales producidos en el catabolismo de estos esqueletos carbonados: 216 . Esta reacción junto con la transaminación. ocupa un lugar clave en el catabolismo de los aminoácidos y la actividad de la enzima está modulada positivamente por ADP e inhibida por GTP. Uno de los aspectos más importantes de este tipo de reacción es la canalización de los grupos α-NH2 de todos los aminoácidos hacia el α-cetoglutarato que actúa como un transportador común en la forma de Glu.4 Deaminación oxidativa En este camino el grupo α-NH2 del Glu es liberado como NH3 por la deshidrogenasa glutámica (oxido-reductasa) según la reacción: La enzima presente solo en la mitocondria usa el NAD como coenzima produciendo NH4 libre que es tóxico y por lo tanto debe ser eliminado (lo cual se verá más adelante). el funcionamiento del ciclo de Krebs regula su actividad. 43. en consecuencia. Lección 44: Catabolismo del esqueleto carbonado El esqueleto carbonado resultante de la pérdida del α-NH2 o del α-COO-. y regenerando el α-cetoglutarato gastado en las reacciones de transaminación. es degradado en cada caso (o sea para cada aminoácido) por un sistema enzimático diferente que al fin de cuentas produce uno o dos intermediarios del ciclo de Krebs.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Santa fe de Bogotá. Navarro Y. Es interesante señalar como sólo son cinco los metabolitos que finalmente aparecen y son frecuentemente aquellos que en otros procesos catabólicos sirven como puntos de conexión con otras vías. Bioquímica. Fuente: Pérez. Tomando como criterio los sitios de entrada a Krebs.: Unisur. Figura 67: Convergencia de los esqueletos carbonados de los AA al ciclo de Krebs. Por otra parte esta convergencia refuerza el papel central del ciclo de Krebs en el metabolismo general de la célula.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. los aminoácidos que producen Acetoacetil-CoA se llaman cetogénicos (por producir cuerpos cetónicos en el hígado) y el resto (unos 15 aminoácidos) son llamados glucogénicos ya que por degradarse a piruvato. En el caso de aminoácidos con dos sitios de entrada (por ejemplo Phe. Tyr) ello se debe a que durante el catabolismo se producen dos fragmentos que finalizan como dos metabolitos diferentes del ciclo de Krebs. (1992). G. α-cetoglutarato. ello parece deberse a que la pequeña fracción (1%) 217 . Lección 45: Eliminación del NH4 El NH4+ liberado en la deaminación oxidativa de Glu debe ser eliminado pues su toxicidad es muy elevada. succinato u oxalacetato pueden dar lugar a glucosa y a glicógeno por la vía de la gluconeogénesis. que en el caso del cerebro. Para evitar estos problemas. existente como NH3 penetra fácilmente a la célula y en la mitocondria desplaza hacia la izquierda la reacción catalizada por la hidrogenasa glutámica.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. el NH4+ producido se combina con Glu para formar Gln que es transportada por la sangre hasta el hígado o los riñones. En muchos tejidos periféricos incluyendo el cerebro. se sintetiza Glu a expensas de α-cetoglutarato y. por ser este un intermediario del ciclo de Krebs. El transporte de NH4+ se efectúa usando diferentes mecanismos según sea el tejido donde se produce la deaminación oxidativa. se disminuye la actividad de esta vía y por ende la oxidación de la glucosa. Cuando esto ocurre. es prácticamente la única fuente de energía. el organismo posee mecanismos para transportar el NH4 en una forma no tóxica y luego deshacerse de él en la orina. la reacción es catalizada por la glutamin-sintetasa (clase ligasa) y podemos representarla así: 218 . 219 . tienen lugar dos reacciones consecutivas. Se utiliza como aceptor de α-NH2 al Piruvato que es un metabolito abundante en el músculo. Se regenera el α-cetoglutarato. que ilustramos como: Una NADP-deshidrogenasa reduce el NH4+ hasta el α-NH2 de Glu y en la segunda reacción se realiza una transaminación usando como α-cetoácido el piruvato: Es interesante anotar que en esta secuencia: • • • Se incorpora el NH4+ como el grupo α-NH2 de la Ala. La Ala así formada transporta al nitrógeno (proveniente del NH4+) por el torrente sanguíneo hasta el hígado. En el tejido muscular. donde la actividad metabólica es considerable. En la primera. lo cual es importante pues existe una cantidad limitada del mismo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. generado por las reacciones de transaminaciones que se vieron antes. • Las aves. se ilustran en la figura 68. que es otro aminoácido no proteico. este NH4 (que proviene. El glutámico y/o la glutamina que vienen por la sangre. como ya vimos de los grupos α-NH2 de los aminoácidos) reacciona con ATP y HCO3 gracias a una sintetasa (reacción 3) para formar un compuesto de alta energía que es el Carbamil-fosfato. los animales que usan este sistema de excreción se llaman amonotélicos (excretores de amoníaco). La excreción del nitrógeno proveniente de los grupos α-NH2 de los aminoácidos se realiza de tres maneras diferentes. liberan NH4 (reacciones 1 y 2) al interior de la mitocondria hepática por medio de la glutaminasa o de la deshidrogenasa. Allí la citrulina se combina con una molécula de aspártico. la glutamina circulante en la sangre llega a las branquias y allí se efectúa la reacción: El NH4 se solubiliza rápidamente en el agua que llega a las branquias y así es eliminado. Por tal razón se conocen como uricotélicos. Este se une con la ornitina (aminoácido no proteico) que proviene del citoplasma (4) para formar citrulina. los Insectos y los reptiles convierten el nitrógeno de los aminoácidos y de las bases purínicas en ácido úrico por un proceso multienzimático relativamente complejo. el cual sale del citoplasma. • Los vertebrados terrestres. excretan el nitrógeno de los aminoácidos sintetizando urea en el hígado por un proceso descubierto por Krebs y Henselit que recibe el nombre de Ciclo de la Urea. para formar 220 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Las reacciones que se suceden. según la especie animal de que se trate: • En el caso de los peces. Navarro Y. Santa fe de Bogotá. argininosuccinato.: Unisur. 221 . (1992).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Figura 68 Ciclo de la Urea Fuente: Pérez. G. Bioquímica. estando catalizada la reacción por una sintetasa que emplea ATP como coenzima (reacción 5). gracias a la acción de los microorganismos presentes en el rumen que reducen estos compuestos a NH3. que corresponden a los aminoácidos no esenciales. la urea es transportada por la sangre hasta el riñón para ser excretada en la orina. los nitritos o nitratos no pueden ser utilizados como fuente de nitrógeno proteínico. El hombre posee los sistemas enzimáticos que le permiten la biosíntesis a partir de NH3 de sólo diez aminoácidos. Este compuesto se rompe (en el enlace marcado con la línea punteada) por acción de una liasa (6) y produce Fumarato que va al ciclo de Krebs y Arginina. Se ha calculado que alrededor de un 15% de la energía obtenida por el catabolismo del esqueleto carbonado de los aminoácidos. en algunos casos (lisina. lo cual significa que en último término el consumo total es de cuatro ATP por molécula de urea sintetizada.o el NO3. Las plantas superiores sintetizan todos los aminoácidos y emplean NH3. 222 . ésta se degrada a su vez (7) produciendo urea y ornitina.como fuente de nitrógeno proteínico. algunas de ellas (las leguminosas) pueden inclusive fijar el nitrógeno atmosférico a través de un proceso simbiótico con bacterias del género Rhlzobium. Los rumiantes aunque no sintetizan por sí mismos sino los aminoácidos no esenciales. su biosíntesis se lleva a cabo por medio de variadas rutas metabólicas cada una de las cuales es propia de un determinado aminoácido. Los organismos vivientes difieren ampliamente respecto a su capacidad y respecto a la fuente de nitrógeno que emplean.como fuente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. En este ciclo se ve como hay una cooperación de enzimas mitocondriales y cito plasmáticas para eliminar dos productos de desecho como son el NH4 y el HCO3. Lección 46: Biosíntesis De manera análoga a lo que ocurre en la degradación de los aminoácidos. pueden emplear el NO2. El costo energético es alto pues el balance de ATP muestra que por molécula de urea producida se consumen dos ATP en la reacción 3 y que en la reacción 5 se produce una de AMP más pirofosfato a partir de un ATP. isoleucina) hay hasta unas dos o tres rutas diferentes para cada uno. NO2. se invierte en la producción de la urea como forma de excreción del grupo α-NH2. La ornitina regenerada penetra a la mitocondria y el ciclo está listo para recomenzar.o NO3. los aminoácidos restantes (esenciales) deben ser ingeridos en la dieta. además. es muy difícil generalizar. En principio las rutas son más sencillas para los aminoácidos no esenciales que para los esenciales. Bioquímica. por lo cual se consideran como semiesenciales Fuente: Pérez. Los microorganismos por su parte difieren muchísimo en su capacidad biosintética de aminoácidos y es así como la Escherlchia coli puede elaborar todos sus aminoácidos. la biosíntesis de estos últimos está regulada casi siempre por mecanismos de retroinhibición bastante eficientes. El Glu. la reacción es la siguiente: 223 . En el caso de la Ala.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. La tabla 21 indica cuales aminoácidos son esenciales o no para el hombre: Tabla 21: Clasificación de los AA esenciales o no. G. Asp y Ala se sintetizan a partir de los α-cetoácidos correspondientes.: Unisur. Santa fe de Bogotá. que se encuentran en a célula como intermediarios del ciclo de Krebs por reacciones de transaminación o de aminación inversas a las que ocurren en su catabolismo. (1992). mientras que ciertos Lactobacillus sólo fabrican de cuatro a cinco aminoácidos. en humanos Aminoácidos No Esenciales Glutámico Glutamina Alanina Aspártico Asparagina Prolina Glicina Serina TiroSina* Cisteina* Aminoácidos Esenciales Leucina Isoleucina Lisina Metionina Fenilalanina Treonina Triptófano Valina Arginina Histidina *Requieren de Phe y Met respectivamente para su biosíntesis. Dada la particularidad de rutas existentes para la biosíntesis de cada aminoácido. Navarro Y. Para ilustrar lo anterior consideramos la síntesis de algunos aminoácidos no esenciales y la de dos esenciales. Santa fe de Bogotá. Bioquímica.: Unisur. Navarro Y. Figura 69: Biosíntesis de Thr y Met Fuente: Pérez. (1992). 224 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. G. lo cual no es frecuente en la biosíntesis de aminoácidos. punto en el cual cada vía transcurre por caminos diferentes. La Asn y Gln se forman por acción de sintetasa que incorporan NH4+ a los aminoácidos respectivos (Asp.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. la formación de Met o de Thr ocurre a través de una vía compleja (figura 69) que ilustra muy bien algunas de las características de la biosíntesis de los aminoácidos esenciales. en el caso de Asn. que sólo involucran una a dos reacciones. Glu) consumiendo energía. la reacción es: En contraste con las biosíntesis anteriores. cuando se sintetiza más Thr de la necesaria. (1 a 3) que producen homoserina. Se puede apreciar que en la biosíntesis de Thr y Met se realiza a partir de Asp por medio de varias reacciones comunes. este tipo de inhibición se conoce como 225 . La biosíntesis de Thr es algo más sencilla (reacciones 4 a 7) y el producto final (Thr) actúa como un inhibidor reversible de la primera reacción de la vía. El ácido glutámico se sintetiza por una reacción que transfiere el NH4 sobre el αcetoglutarato y es catalizada por una deshidrogenasa que emplea como coenzima el NADPH. 226 . en el caso del Trp. Phe. Trp) es aún más compleja y produce. formándose la metionina. La biosíntesis de aminoácidos con anillos en su cadena lateral (His. EJERCICIO DE PRACTICA: Hay cuatro reacciones que ocurren a nivel del catabolismo de Catabolismo de los grupos α-NH2 y α-COO-. transaminación partiendo de la serina para producir el alfa-cetoácido correspondiente y ácido glutámico. La biosíntesis de Metionina requiere la presencia de cisteina (reacción 9) para formar el cistation que se rompe (en los sitios indicados por las líneas curvas) por acción de una liasa (10) y nos da homocisteína. metabolitos que sirven como intermediarios en la síntesis de productos secundarios (ligninas) en plantas. 1. realice la reacción química con el uso de las estructura químicas. realice la reacción química con el uso de las estructura químicas. este aminoácido regula su propia biosíntesis por un mecanismo de retroinhibición que bloquea la reacción de la homoserina con Succinil-CoA (reacción 8).UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. de deaminación oxidativa para producir fumarato a partir del ácido aspártico. piruvato y NH4+. 2. retroinhibiclón y es un excelente ejemplo que ilustra el principio metabólico de una máxima economía ya que al bloquearse la primera reacción no se sintetizan metabolitos intermediarios innecesarios. catalizada por una transferasa (11) que emplea como coenzima el metiltetrahidrofolato. La homocisteína sufre una metilación. AUTOEVALUACIÓN UNIDAD 3 1. entropía y energía libre? 3. En qué consiste: • La compartamentalización. Explique qué significa el potencial de transferencia de grupos y cómo se usa para predecir el curso de las reacciones de fosforilación. Catabolismo y anabolismo de macromoléculas. b. ¿Cómo se puede calcular el cambio en energía libre a partir de la constante de equilibrio de una reacción? 4. g. Explique en términos generales como se puede prever el sentido de reacciones ácido-base y redox. 7. De las siguientes actividades metabólicas ¿cuáles podría señalar usted como las más básicas? Indique aquellas que poseen las características más generales en todos los organismos. • La universalidad de las vías metabólicas. Explique brevemente cuáles son las actividades fundamentales que tienen lugar en el curso del metabolismo.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Transformación de energía. Cite los factores que permiten controlar el metabolismo. Síntesis y degradación de biomoléculas. 11. ¿Cuál es la diferencia entre organismos autotróficos y heterotróficos? 2. 8. a. 10. f. d. e. c. Utilización de C. Transformación de nutrientes exógenos. Absorción de energía luminosa. ¿Cómo se relaciona el cambio en energía libre con la diferencia de potenciales de reducción estándar de una reacción de óxido-reducción? 5. Síntesis de triptófano. ¿Cuál es la transformación global que ocurre en la fotosíntesis? 6. 227 . 9. ¿Cuál es el significado en términos descriptivos (no matemáticos) de entalpía. cuáles son donadores de electrones en la etapa luminosa de la fotosíntesis. Indique los principales transportadores de e-. 20. Explique el significado del concepto potencial de transferencia de grupo. Describa como sucede la fosforilación oxidativa en eucariotes. cuál es la utilidad de esta vía. 13. compuestos iniciales y terminales. Plantee las razones que señalan la importancia del ATP en el metabolismo. Indique la secuencia de reacciones (incluyendo o no las fórmulas) por las cuales se realiza la gluconeogénesis. ¿Cuáles son sus aplicaciones? 14. Analice en forma comparativa la glicólisis con la vía de las pentosas fosfato. Proceda por etapas considerando además de los aspectos mencionados en el primer punto.5 m moles de Glucosa y compárelos con los obtenidos en la oxidación aerobia de 0. 21. Efectúe el balance de carbono. 22. compare su costo energético con el de la reacción inversa. 18. Calcule el número de ATP producido por la oxidación anaerobia de 1. 16. los sitios de fosforilación y la acción de los agentes desacoplantes. Recuerde que la oxidación completa incluye glicólisis. 17. 23. 24. 228 . las reacciones que se suceden. Identifique en los compuestos siguientes. ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa. metabolitos intermedios que sirven como puntos de conexión con otras vías y su balance energético en términos de ATP. Explique la razón de la diferencia.. Compare los valores con los obtenidos cuando la sacarosa es oxidada completamente.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Deduzca a partir de las reacciones que ocurren en la vía del glicerol-3-fosfato. ATP y coenzimas.75 m moles de Glucosa. Elabore un cuadro de las vías catabólicas de los carbohidratos comparándolas respecto a su localización celular. Plantee las finalidades de la vía de las pentosas fosfato. cuando una molécula de sacarosa es oxidada anaeróbicamente. 15. Explique en qué consisten las reacciones anapleróticas ¿Cuál es su importancia? Cite un ejemplo. 12. 19. Escriba las reacciones para el paso de piruvato a PEP en la gluconeogénesis.. 25. Considere una lecitina como sustrato inicial. haciendo una tabla. • CO2 • Lactato • H2S. • Clorofilas • Ribulosa-1.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Ácidos grasos poli insaturados. Describa las principales reacciones del catabolismo de los fosfoglicéridos. 27. Ácidos grasos saturados. 28. 229 . • NADP+. la β-oxidación con la biosíntesis de los ácidos grasos. ¿Qué principio del metabolismo se demuestra con esta comparación? 29. • H2O. Ilustre cómo actúan las diferentes fosfolipasas. explique brevemente el papel de cada uno. b. Seleccione entre los siguientes compuestos. Mencione dos ejemplos de: a. • Carotenoides. 26. Compare. 30. 31. • O2. • Isopropanol. Ácidos grasos mono insaturados. aquellos que actúan en la etapa luminosa de la fotosíntesis. • Fitocromos. • Citocromos. Especifique en cada caso el tipo de organismo (anaerobio o aerobio) que lo utiliza: • S. Explique cómo actúa la sintetasa de ácidos grasos en la biosíntesis de los mismos. • HCO-3 • O2.5-di P. • ¿Cómo se clasifican los lípidos? Ilustre con un ejemplo cada uno de los tipos. • FAD. Analizando el ciclo de la urea. Los términos de la columna B se pueden utilizar dos veces o ninguna vez. ¿En cuáles vías metabólicas se produce NADPH + H+? ¿Cuál es el papel de este compuesto? 38. Esquematice el camino recorrido por el grupo α-NH2 de los aminoácidos durante su metabolismo. Explique por qué el organismo debe eliminar el NH4 producido durante el catabolismo de los aminoácidos. Explique cómo se realiza el catabolismo del colesterol. 36. Compare la degradación con la biosíntesis del ácido oleico. Ilustre sobre el ciclo de Krebs cuáles son los puntos de entrada de los productos del catabolismo de los esqueletos carbonados de los aminoácidos. Esquematice el ciclo de Krebs empleando los nombres (no las estructuras) de sus intermediarios.2 Ilustre las reacciones por las cuales se biosintetizan el Asp y el Glu. señale los principios generales del metabolismo que usted pueda reconocer. 40. 33. Ilustre cómo se realiza la biosíntesis de ácidos grasos poliinsaturados en las plantas. tomando el ácido linolénico como ejemplo. 41. A B 1) Pepsina a) Lipasa b) Intermediario en el ciclo de Krebs 2) α-cetoglutarato 3) Deshidrogenasa glutámica c) Intermediarios de fosfatos de pentosa 4) NADP+ d) Proteasa 5) Quimotripsina e) Aminoácido protéico 6) NAD+ f) α-cetoácido 7) Piruvato g)Coenzima de la deshidrogenasa biosintétíca 8) Arginina h) Coenzima de la deshidrogenasa catabólica 37. 39. 230 .UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. No es necesario escribir la secuencia de reacciones que tienen lugar durante el proceso. 35. Recuerde cómo se sintetiza la Ala y establezca las analogías correspondientes. 32. ¿Cuáles diferencias existen entre los distintos organismos respecto al mecanismo de excreción? 4. • Empleo de metabolitos intermedios en las vías biosintéticas respectivas. Compare el catabolismo de los triglicéridos con el de los fosfoglicéridos en cuanto a: • Producción de energía. 34. Indique la correspondencia entre los compuestos de la columna A y el tipo de compuesto señalado en la columna B. 231 . las principales vías degradativas de los grupos α-NH2 y α-COOH de los aminoácidos. 4.5 Demuestre con las reacciones apropiadas.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 4. cómo se sintetizan Glu. Asn y Ala.4 Ilustre por medio de reacciones generales.3 Ilustre cómo se sintetiza GIn. Recuerde la biosíntesis de Asn y deduzca las reacciones que tienen lugar. 4. .. Para ampliar algunos conceptos tratados sobre metabolismo de aminoácidos consulte: 1........ The source of muscular energy/ Rodolfo Margaria. .. 1978.. McCarty.Vol 231...... How ceil make A TP/ Peter C. Para ampliar algunos conceptos tratados sobre metabolismo de carbohidratos consulte: 1. Cytochrome C and the evolution of energy metabolism/ Richard E. 1972. 1962..E. McCaity.. 2...Vol 241.. Dikerson. 1969... The path of carbon in photosyntesis / James A Bassham.Annual Revlew In Biochemlstry...p323-370.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. 2. .p68. The absortion of light in photosyntesis/ Rajni Govindjee Govindjee. Hinkle. ..Vol 38. 1980. Richard. . 4. Aminoacid biosynthesis and its regulation / H. .Scientific American. Regulation of aminoacid metabollsm / HE. Unbarger..p104.. 232 . Richard. .p100.Scientific American.Scientific American. How cells make ATP / Peter C.Scientific American. – vol 238.p533-606. Hinkie.. E...p88..Scientific American... E.Vol 47. 1974.Vol 226.Sclentlflc American. The photosyntetic membrane / Kenneth R.1979. 3.Vol 206...Annual Revlew In Biochemlstry. Miller...p84. 1978.Scientific American-Vol 238. Umbarger. 1978. LECTURAS RECOMENDADAS Para ampliar algunos conceptos tratados sobre catabolismo de carbohidratos consulte: 1.. 2.p137 3.p104.vol 242.. D. BIBLIOGRAFIA USADA EN LA ACTUALIZACION DE LA UNIDAD 3 Munera. (1992). Santa Fe de Bogotá DC: Unisur. R.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. (2008). 233 . Navarro. G. Bioquímica Práctica. Plummer. (1981). Pérez. Y. Bioquímica. Londres: Editorial McGraw-Hill. Bioquímica. Palmira: Universidad Nacional Abierta y a distancia. Zootécnica y alimentación animal! Luis Revuelta G.D.I. The C4-dicarboxylic acid pathway of photosynthesis en: Progress ln phytochemistry / M. 1967. Barcelona: Salvat. 13. Bromatología. S. 10. No. Cytochrome C and the evolution of energy metabolism / Richard Dickerson.47. En: the biochemistry of plant / Mendel Mazelis. No. 19. No. 1982. / F. 16. 1965.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Vol.104. 20. Scientific American.223. Bogotá: Fondo Educativo Interamericano.8. Barcelona: Omega. 1970. No. No 405. 22. Biochemist’s handbook / Long Cyril. Sclentific American. 18. Vol.Annual Review of Biochemistry. 1980. Vol. Biochemistry / D.353.443. 150. Brensch. 1977. 1953. New York: Benjamin Press. 1978. México: Limusa. The aminoacid sequence in the Glycyl / Chain of Insulin (establecimiento de la secuencia en la cadena A de la insulina)/F. 1961.. Science. Vol.I. (1992). 1971. 1979. Aminoacid biosynthesis and its regulation / H.) The absorption of light in photosynthesis / Rajni Govindjee.53. New York: Academic press. No. London: lnterscience. 1965. 5. Metzler. S. Sangeryotros. Barcelona: Omega. La base molecular de la vida. 137. 234 .238. 4. 19.. Robert Bohiski.1. 1963. 7.5. Hatch. 9. 1981. Vol. Vol. 1962.S Thompson. 1965. Y.124. G. 17. New York: Academic Press.E. Vol. Bioquímica / Albert Lehninger. Hoffmann.2. 1978. 12. Julio. Bioenergetics / Albert Lehninger. Bogotá: Universidad Nacional. 1978.L. New York: Academic Press. 15. Vol. Santa Fe de Bogotá DC: Unisur. Bioquímica. Aminoacid catabolism. VoI. London: Spon. 6. Sclentiflc American. Vo.E. 8. R.1970. Villanueva. Umbarger. 1. Suiza: Roche.H. Madrid Blume. . Vol. Bioquímica experimental! Rogelio Hernández M. Bioquímica práctica / David Plumer.: McGraw Hill. 1980. 1978. Sclence. No. Sclentlfic American. (tesis) 23. Compendio de vitaminas. 11. Navarro. F. 137. Clasifícation and nomenclature of enzymes / R.1948. Basilea. BIBLIOGRAFÍA USADA EN LA ELABORACION DEL MODULO EDICION 1 (Pérez. Bioquímica experimental! Gerard Litwack. Biochemistry of the aminoacids / Alton Meister. 21. 2. The biological synthesis of cholesterol? Konrad Bloch. The carbon cycle! Bert Bodin. The biochemistry of fatty acid catabolism. Bioquímica / C. 1972. 242. Contribución al estudio de los inhibidores de tripsina presentes en a semilla del Balú / Carlos Hernández. 14. 3. Enzymology. 28.. No..DowaiI. Graphical analysis of single enzyme systems / B. 25. 1968. Dansyl Chioride procedure (uso del Tansilo para determinar AA Nterminales) / W.R.Sclentlfic American. 1967. No. Vol. The enzymes / P.H. Introducción al estudio de la composición de los alimentos. Scientlfic American. 64. No. Laboratory experiments in Biochemistry! L. No. Vol. La estructura tridimensional de una enzima en: las bases moleculares de la vida / D. 6781. S.M. Improvement of the Kjendahl determination of total nitrogen / A. 238. 247. Vol. 1983. Vol. 29. New York : Academic Press. 47. Experimental biochemistry / J.. Handbook of physiology biochemistry / Mc. 1982. 1959. The intermediary stages in the biological oxidation of carbohydrate / Hans Krebs.F. Sclentlflc American. 27. 36. Alberty. 1967. 1965. 46. Glycolysis.. 24. 30. Glycolysis. Haldone. New York: John Murray. 1956. 1960. No. Industrial microbiology / Samuel O. Fatty acid synthesis and its regulation / S.2. The genetic activity of mitochondria and chloroplast. Clark. 37. Enzyme kinetics / R. 1970. Advances of enzymology. 1943. San Francisco: Freeman. 1956. Enzymology. Annual Review of Blochemistry. 39. 26. Gray. 1972. New York: Academic Press. Hinkle y otros. 1958. 1959. (Tesis). New York: McGrawHill. Enzymology. 34. 32.J. En: metabolic pathways / Bernard Axelrod. 1984. George Woodwell.A. No.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. Phillips. Suzue y otros.. Kairuz de Civetta. 1983. 31. 3 ed. 191. Journal of Biological Chemistry. Wakil y otros. Buffalo: Dual Printing. 1973. 42. 17. 1964. New York: Worth Publishers. London: John Murray. 41. Bogotá: Universidad Nacional. (características y actividad genética de DNA extracromosómico) / V. 1970. 1978. No. 44. 43. Estudio de las proteínas presentes en las semillas de algunas leguminosas colombianas / Fernando Acevedo.1. Enzymes / Malcom Dixon y otros. 22. 723. Vol.67. Hofstee. Lipid metabolism / Konrad Bloch. Luz A.1. Sysoev. No.223. 537. 52.Vol. 223. Orlando : Academic Press. 38.. 35. Vol. En: Principies of biochemistry / Albert Lehninger. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. Kinetic studies on the chain lenght specificity of long chain acyl CoA synthease from rat kver microsomes / G. 235 .C. Cambridge: Paperback. Goodenough. 45. The energy cycle of the biosphere / M. International Union of Biochemistry: nomenclature commitee: enzyme nomenclature 1984 / Edwin Webb. Vol. Vol. No. San Francisco : Freeman. 33. Vol.W. 1967. Daniel.I. 1967. VoL3. 104.Vol.17. 1950. Londres: Logmans Green. Prescott y otros. How celis make ATP / Peter C.1. 40. 139. Boyer y otros. Enzymes / J. Vol. No. The Iipids / Harry Deuel. A new method for sequencing DNA (otro método para determinar la estructura de DNA) / A.560. Biochemistry.737.88. No. 318. 1967.Ednan. 64. Manual de bioquímica / Peter Karlson. 1961. Principles of biochemistry / Albert Lehninger. 59. Vol. 1977.C. 1982. The photosynthetic menbrane / Kenneth Miller. RNA liriked nascent DNA tragments in E Coli (RNA como indicador en la síntesis de DNA) Sugino y otros.D.3.Graw-Hill. 283. 241. Umbarger. No.223. Quantitative organic microanalysis / A. 3 ed. 69. 1970.M.L. New York: Worth Publishers. Biochemlstry.171. 1970. 50. 1972. 1950. Sclentific American. Peptides and aminoacids / Kenneth kople. 1975.J. Vol. New York: Benjamin. Regulation of aminoacid metabolism / H. 60. 38. 61. 1979. 441. 54. Other pathways of carbohydrate metabolism en: metabolic pathways / Bernard Axeirod. Nature. 55. No. 1980. New York: Mc. 49. Nicotinamide mono nucleotide adenyltransferase of pig-liver nuclei / M.1. No. Vol. 110. 1969. 69. 1953.Annual Review of Biochemistry. Lennarz. 55. Vol.Millan. No. 39 No. Vol.. Vol.4. 1977. Vol. 65. Sanger y otros. 53. Stenyermark. No. 62. 1970. Methods for the determination of the aminoacid sequence in peptides (uso del fenilisotiocianato en la determinación de N-tern) / P.R. Vol. Vol. 1966. Delwiche. No. Vol.New York: National Academic Scientific. 58. Scientific American. Vol. Fidees. 237.206. México: Manual Moderno. Watson y otros. The nitrogen cycle / C. 136. The nucleotides of a viral DNA (establecimiento de la estructura primaria del DNA del virus X 174) / S. 223. 94. The oxigen cycle / Preston Cloud. 1957. Vol. 63. 66. 52. Gordon Barrow.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. New York: lnterscience. Physical chemistry with applications to biological systems / Raymond Chang. Harper. The path of carbon in photosynthesis / James Bassham. 1962. 56. Scientific American. New York: Academic Press. Lipid metabolism / W. No. 100. 51. 67.71. 68. 1961. 57.C. Vol. Maxam y otros. No. A rapid method for determining sequences in DNA by primed synthesis with DNA-polymerase (método para secuenciar DNA)/ F. 80.. 1967. 1969. Vol. Academlc Sclence. 1863. Manual de química fisiológica / H. Barcelona: Marín. Physical chemistry br the libe sciences / M. Molecular structure of nucleic acids (estructura en doble hélice del DNA) S. New York: Academic Press. New York: Mac. 359. 236 . Scientific American. Atkinson. 1974. No. 48.E. 1. Standard Gibss free energy. 45. 1978.1.W.J.UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGÍA E INGENIERIA CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 201103 BIOQUIMICA. The three dimensional structure of transfer RNA (determinacion de la estructura terciaria de t-RNA) / A. Blochemistry. Enzymoiogy. Danielson y otros. No. Enzymology. 1976. del t-RNA para Ala) / R. No. Rochard Dikerson y otros. Toxic constituents of plant food stutfs / Irvin Liener. 707. Scientific American. No. Lowenstein. New York: Academic Press. vol. Vol. No. 79. Menlo Park Benjamin. México. Vol. 84. The sources of muscular energy / Rodolfo Margaría. Sclentific American. Vol. The role of chlorophyl in photosynthesis en: The molecular basis of lite / L. Vol. 85. 1979. 73. Vol. 75. 72. RNA processing and the intervening sequence problem (revisión sobre procesamiento de precursores de RNA) / J. San Francisco : Freeman.147. Técnicas de bioquímica aplicada! George Rendina. 3 ed. Abelson. 80. Biochemistry. Vol. 1977. Sclentlflc American. The tricarboxilic acid cycle en: metabolic pathways / J. Vol. 74. 1971. 3 ed. 52. Vol. 71. 83.45.3290. 238.Cleland. 1969. 1967. 81. Sclence. 1969. Tabla de composición de alimentos colombianos / ICBF.29 No. 4 ed. Vol. Tripsin inhibitor from Lima bean / Y. Birk. Birk.46. No. 1967.1972.M. Serme proteases: structure and mechanism of catalysis / J. 1969. 82. Krant. 1968. 1976. 700.244. Vol.84.3. Tnpsin and chymotripsín inhibitors from soy beans 1V. Rich y otros. 1968. London: Academic Press. 77. 78. The statistical analysis of enzyne kinetic data / W. Holley y otros. Stwcture of a Ribonucleic acid (estructura la. The structure and action of proteins / E.226. Rabinowitch y otros. No. 1965.48. 76. 331. No. enthalpy and entropy changes as a function of pH and pMg br several reactions involving adenosine phosphates (cambios en las funciones termodinámicas como consecuencia de variaciones de pH y [Mg9. Enzymology. 237 . 1035. 70. Journal Biological of Chemistry. New York: Academic press. Steroid metabolism en: metabolic pathways / H. 1978. Bogotá: ICBF.