Bioquimica - La Base Molecular de La Vida

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    09-Aug-2015

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<p>LA BASE MOLECU'LAR DE LA VIDA Tercera edicin</p> <p>Trudy McKeeJames R. McKee</p> <p> @l</p> <p>McGRAW Hiu. iNTERAMERicANA</p> <p>Abreviaturas habituales en BioqumicaA</p> <p>AACRAAE</p> <p>AANE ACP ACTH</p> <p>t\DPALA</p> <p>NvlPATP BH, BH</p> <p>BPGC cAJ"lP</p> <p>CAP CDPcCMP cit</p> <p>CMP CoA o CoASHCTP</p> <p>DAGDHAP</p> <p>DNADnasa</p> <p>DNP dsDJ\JAd"RNA</p> <p>EFECF ESR</p> <p>FAD FADH,fMet FMN G</p> <p>GDP GH G,'vlP GSH CSSCGTP</p> <p>Hu</p> <p>HDLHETPP</p> <p>HGPRT HMG-CoAhnRNA</p> <p>HPLCHRE hsp IF</p> <p>IGFIgG IL IMP</p> <p>IP,</p> <p>adenina dminocido de cadena ramificada aminocido esencial aminocido no esenci.O .. O DI:</p> <p>n</p> <p>Uf., Ot("r"O\l'Olo1.tf,,!I(IH~</p> <p>GLUCO COi'llUGADOS</p> <p>"</p> <p>I ....... o::.... U _</p> <p>I'IITI __ _</p> <p>.Klft.!:.~~!!IIOl)t1CA '1 ~()'E"-l~</p> <p>... ~ " ' ." / . ff.'~ '-"', _ rr.:Hltr _~ fK~-c."IJ ' . 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'~'m&gt;~I " .1,. ,'u' -t.ill .. , 1r . "1" . .. .:,Lu!.., ..'p:o"' e"mpkl .. [ de'.:!" '11 .. 1 Jfh,,J""!. , I ~ ", )'c."n~'!'I ..... ':..:; ..."''' .. I.,ot'&gt;,~,,\t'.,': ... 1"2</p> <p>r</p> <p>'u'" 1:.&lt; """"~.</p> <p>...</p> <p>l.. ..,,1.1...: ~!\.;m.:h,,; I~ ",' Iul .. h"'I,, , I:o,.h .. ~ y l., 1fl)'..:..I . ,,1 11:-',\ ,J,-I "Ir'" 1 1 (.:.;; ,,! ... 1 ,1~ 1 T I 1"'... 1'11.&gt; ~,,, J\lrr.l,, L''O 1J .... ""~ . Jn d.:1 ,u ..lo, J 1.. "'pifll'o&gt;: d ~ ~'v '~. 11I 1 . "'. L , ,,/, O.'h,t.!., ~ r..."... Il;&gt;:~ runlll~"n Il,~ .. r.I " .J~ I\~,\ .. 1 I.. 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Por esta razn, la sntesis de nuc!etidos-azcar es una reaccin comn que precede a la transferencia de azcar y a los procesos de polimerizacin. La uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) es ms reactiva que la glucosa y se mantiene de264CAPTULO OCHOMetabolismo de los hidratos de carbonoforma ms segura en el lugar activo de las enzimas que catalizan las reacciones de transferencia (denominadas glucosil transferasas). Debido a que la UDP-glucosa contiene dos enlaces fosforilo, es una molcula muy energtica. La formacin de la UDP-glucosa, cuyo valor de !1Co' es cercano a cero, es una reaccin reversible catalizada por la UDP-glucosa pirofosforilasa:HO~CH2 O+UTPbOH OH OHo-r-o-r-o O OO OUDP-glucosa+UridinaPPGlucosa-1-fosfatoSin embargo, la reaccin se completa debido a que el pirofosfato (PP) se hidroliza inmediatamente y de forma iD'eversibJe por la pirofosforilasa con una prdida grande de energa libre (!1Co' = -33.S kJ/mol):O11O11O11HO-P- O - P - OH1 1+H,O2 - O - P - OH10PP IOHPI(Recuerde que la eliminacin del producto desplaza el equilibrio de la reaccin hacia la derecha. Esta estrategia celular es habitual.) 3. Sntesis de glucgeno a partir de lIDP-glucosa. La formacin de glucgeno a partir de UDP-glucosa requiere dos enzimas: a. b. Glucgeno sintasa, que cataliza la transferencia del grupo glucosilo de la UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucgeno (Fig. 8.13a), y Amilo-a-( 1,4 --&gt; 1,6)-glucosil transferasa (enzima ramifican te) que crea los enlaces c;(l,6) para las ramificaciones de la molcula (Fig. 8.13b).La sntesis de glucgeno requiere una cadena de glucgeno. La sntesis de glucgeno se cree que se inicia por la transferencia de glucosa desde la UDP-glucosa a un residuo especfico de tirosina en una protena cebadora denominada glucogenina. En el citoplasma de las clulas hepticas y musculares de los animales bien alimentados pueden observarse grnulos grandes de glucgeno, cada uno formado por una molcula de glucgeno muy ramificada. Las enzimas responsables de la sntesis y degradacin del glucgeno recubren cada grnulo.GlucogenlisisLa degradacin del glucgeno requiere las dos reacciones siguientes: l. Eliminacin de la glucosa de los extremos no reductores del glucgeno. Utilizando fosfato inorgnico (Pi), la glucgeno fosforilasa rompe los enlaces a(1,4) de las ramificaciones externas del glucgeno para dar glucosa-I-fosfato. La glucgeno fosforilasa se detiene cuando llega a cuatro residuos de glucosa hasta el punto de ramificacin (Fig. 8.14). (Una molcula de glucgeno que se ha degradado hasta estos puntos de ramificacin se denomina dextrina lmite.) 2. Hidrlisis de los enlaces glucosdicos c;(l ,6) en los puntos de ramificacin del glucgeno. La amilo-c;(l ,6)-glucosidasa, que tambin se denomina enzima desramificante, comienza a eliminar los puntos de ramificacin c;CI ,6) transfiriendo los tres residuos de glucosa ms externos de los cuatro unidos al punto de ramificacin a un extremo no reductor cercano. Luego elimina el nico residuo de glucosa unido en cada punto de ramificacin. El producto de esta ltima reaccin es glucosa libre (Fig. 8.1 S). En la Figura 8.16 se presenta un resumen de la glucogenlisis.8.5. Metabolismo del glucgeno265HO~HOCH'OHooOO-~-O-~-O01Uridina+HO OH OH0-OH0-1UDP-glucosa GlucogenoCebador de glucgeno (n residuos)1OslntasaOO11+O OHGlucgeno (n + 1 residuos)(a)11-0- P - O - P - O - Uridina1 10OH0-0-OHUDPEnzima lamlflcanle(b)F"leURA 8-1:3Sntesis de glucgeno. (a) La enzima glucgeno sintasa rompe el enlace ster de la UDP-glucosa y forma un enlace glucosdico 0.(1,4) entre la glucosa y la cadena creciente de glucgeno. (b) La enzima ramifjcante es la responsable de la sntesis de enlaces a( 1,6) en el glucgeno.266CAPTULO OCHOMetabolismo de los hidratos de carbono~~q.O"5-0"5-"'0+HPor'SS~~O1-of;:\!~H~OHvt-~CH 2 0HCH 2 0HO-PO'3~ ~~Glucgeno fosforilasa~~SS~+vt-~ H6H'OHO-PO'3Glucosa-1-fosfatoHPOfFIGlURA 8 - 14GlucgenoDegradacin del glucgeno. La glucgeno fosforiJasa cataJiza la separacin de los residuos de glucosa de los extremos no reduclores de una cadena de glucgeno..,"..Regulacin del metabolismo del glucgenoEl metabolismo del glucgeno est regulado de forma cuidadosa para evitar el derroche de energa. Tanto la sntesis como la degradacin estn controladas mediante un mecanismo complejo con participacin de la insulina, el glucagn y la adrenalina. Estas hormonas inician procesos que controlan varios conjuntos de enzimas. La unin del glucagn a las clulas hepticas estimula la glucogenlisis e inhibe la glucognesis. Al caer la concentracin sangunea de glucosa horas despus de una comida, el glucagn asegura la liberacin de glucosa al torrente sanguneo. Tras unirse el glucagn a su receptor, la adenilato ciclasa (una enzima de la membrana celular) se estimula y convierte el ATP en la molcula sealizadora intracelular AMP 3'-5' -cclico, que se abrevia cAMPo Luego el cAMP inicia una cascada de reacciones (que se describe en el Captulo 16) que amplifica la seal original. En segundos, unas pocas molculas de glucagn han iniciado la liberacin de miles de molculas de glucosa. Cuando est ocupado, el receptor de insulina se convierte en una enzima tirosina quinasa activa que produce una cascada de fosforilacin que en ltima instancia8.5. Metabolismo del glucgenoGlucgeno267Amll -,,(1 6,-gluCQ idasaGlucgeno.~:'O~o~:'O~&gt;-o~:'O~o~:'O~o. .OH OH OH OH+Glc'o,"HOFII3IURA 8 - 15~:'o&gt;.OHGluclisisOHTorrente sanguneoDegradacin del glucgeno_Los puntos de ramificacin del glucgeno se eliminan por la enzima desrumificanle (ami 10'l.( 1,6)-glucosidusa).tiene el efecto opuesto al sistema glucagnlcAMP: las enzimas de la glucogenlisis se inhiben y las enzimas de la glllcognesis se activan. La insulina aumenta tambin el ritmo de la captacin de la glucosa en varias clases de clulas diana, pero no en las clulas hepticas o cerebrales. El estrs emocional o la agresin fsica liberan adrenalina por la mdula suprarrenal. La adrenalina estimula la glucogenlisis e inhibe la glucognesis. En situaciones de urgencia, cuando se libera adrenalina en cantidades relativamente grandes, la produccin masiva de glucosa proporciona la energa que se requiere para controlar la situacin. Este efecto se denomina respuesta de escape o lucha. La adrenalina inicia el proceso activando la adenilato ciclasa del hgado y las clulas musculares. Otros dos segundos mensajeros, los iones calcio y el inositol trisfosfato (Captulo 16) se cree que tambin participan en la accin de la adrenalina. La glucgeno sin tasa y la glucgeno fosforilasa poseen ambas conformaciones activas e inactivas que se interconvierten por modificacin covalente. La forma activa de la glucgeno sintasa, conocida como forma 1 (independiente), se convierte en la forma inactiva o D (dependiente) mediante fosforilacin. Por el contrario, la forma inactiva de la glucgeno fosforilasa (fosforilasa b) se convierte en la forma activa (fosforilasa a) por la fosforilacin de un residuo especfico de serina. La enzima fosforilante se denomina fosforilasa quinasa. La fosforilacin de la glucgeno sintasa y de la fosforilasa quinasa est catalizada por una protena quinasa, que se activaCDNCEFTDS CLAVE 8.4Durante la glucognesis, la glucgeno sinlasa cataliza la transferencia del grupo glucosilo de la UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucgeno, 'j la enzima rnmificante del glucgeno cataliza la formacin de los puntos de ramificacin. La glcogenlisis requiere la glucgeno fosforilasa y la enzima desramificante. El metabolismo del glucgeno est regulado por la accin de tres bormonas: glucagn, insulina y adrenalina.268CAPTULO OCHOMetabolismo de los hidratos de carbonoFIGURA 8-1 6Degradacin del glucgeno. La glucgeno fosforilasa rompe los enlaces (,(1,4) del glucgeno para producir glucosa-1-fosfato hasta que llega a cuatro residuos de glucosa de un punto de ramificacin. La enzima desramificante transfiere tres de estos residuos a un extremo no reductor cercano y libera el cuarto residuo como glucosa libre. Las acciones repetidas de ambas enzimas pueden conducir a la degradacin completa del glucgeno.Extremo . - reductor Glucogeno fosforllasa1 GI"~;::;1Enzima desramlflcan!eEnZima desrnmllicante1Glucgeno losforllasa Glucosa-1-fosfatoDex!rlna li miteI EnZima t desramihcante I Glucgeno t fosforl!glucosa-6-fosfato--&gt;Glucosa-6-fosfato + H2 0glucosa + P,Sugiera cmo se evitan o controlan estos ciclos derrochadores.10. La gluclisis se produce en dos fases. Describa qu se realiza en cada fase.PREGUNTAS DE RAZONARl. Una persona tiene una deficiencia gentica que impide la produccin de glucoquinasa. Tras una comida con hidratos de carbono. espera que la concentracin de glucosa en sangre sea elevada, baja O alrededor de lo normal? Qu rgano acumula glucgeno en estas circunstancias? 2. La sntesis de glucgeno requiere una pequea cadena cebadora. Explique, dada esta limitacin, cmo se sintetizan las molculas nuevas de glucgeno. 3. Por qu se metaboliza la fructosa ms rpidamente que la glucosa? 4. Cul es la diferencia entl'e un ster enol-fosfato y un ster fosfato normal que proporciona al PEP un potencial de transferencia de grupo fosfato tan elevado?S. En la oxidacin aerobia, el oxgeno es el agente oxidante ltimo (aceptor electrnico). Nombre dos agentes oxidantes comunes en la fermentacin anaerobia. 6. POI qu es importante que la gluconeognesis no sea la inversin exacta de la g]uclisis?7. Compare las frmulas estructurales del etanol, el acetato y el acetaldehdo. Qu molcula est ms oxidada? Cul es la ms reducida? Explique sus respuestas.SUMARIOREACCIONES DE OXIDACiN-REDUCCiNCICLO DEl CIDO CTRICOConversin del pi ruvato en aceti I-CoA Reacciones del ciclo del cido ctrico Destino de los tomos de carbono en el ciclo del cido ctrico Ciclo del cido ctrico anfiblico Regulacin del ciclo del Cido ctricoRECUADRO DE I NTERB ESPECIAL 9 .. 1CNCER Y METABOLISMO ENERGTICO Ciclo del glioxilatoRECUADRO DE INTERS EElPECIAL 9 . 2HANS KREBS y EL CICLO DEL CI DO CTRICOEn las clulas aerobias la mayor parte de la energa se genera dentro de las mitocondrias. El dioxgeno (O,) es el aceptor electrnico final en la oxidacin de las moleculas de nutrientes.Hace unos 2000 millones de aos, los procariotas como las cianobacterias comenzaron a crear una atmsfera oxigenada. El oxgeno que producan como praducto de desecho de la fotosntesis desencaden una revolucin en el mundo vivo. Muchos organismos fueron metablicamente incapaces de aceptar las cantidades crecientes de esta molcula tan reactiva. Aunque muchas especies se extinguieron o fueron obligadas a aislarse en hbitats sin oxgeno, otras generaron mecanismos moleculares que les permitieron explotar el dioxigeno (0 2, frecuentemente denominado oxigeno) como medio para capturar energia. Los or""=1=-ganismos aerobios modernos transducen la energia del enlace quimico de lasmol culos de alimento en la energia del enlace del ATP utilizando el oxigeno como aceptor terminal de los electrones extraidos de las molculas de alimento. La capacidad para utilizar el oxigeno y oxidar los nutrientes, como la glucosa y los cidos grasos, proporciona una cantidad sustancialmente mayor de energia que la fermentacin.272Introduccin273Al emerger sobre la Tierra las primeras fOnl1as primordiales de vida, stas se mantuvieron utilizando molculas orgn...</i></p>