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Vias anabolicas

Enviado por bart_j_s



  1. Resumen
  2. Vias anabolicas
  3. Asimilacion de amoniaco
  4. Asimilacion de sulfato
  5. Biosintesis de carbohidratos
  6. Biosintesis de amoniaco
  7. Biosisntesis de lipidos y acidos grasos
  8. Biosistesis de fosfolipidos
  9. Biosintesis de acidos nucleicos
  10. Biosintesis de vitaminas
  11. Conclusiones
  12. Referencias bibliográficas
  13. Anexos

 

RESUMEN

La biosíntesis tiene lugar no solo durante el crecimiento de un organismo, cuando hay una formación neta de material celular nuevo, sino también en organismos maduros que no se encuentran en fase de crecimiento. Donde los recursos simples (NH3, Co2, H2O) son la base para la biosíntesis de moléculas de unidades estructurales simples (aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, monosacaridos) con estos se sintetiza macromoléculas (hidratos de carbono, ácidos nucleicos, etc.). En todo proceso existe a la vez una degradación y diferentes procesos para la biosíntesis de cada estructura, de tal modo que la velocidad de formación de las nuevas moléculas es extremadamente igual a la velocidad de degradación de las antiguas.

7. VIAS ANABOLICAS

7.1. INTRODUCCION

Una armónica acción conjunta de los múltiples procesos metabólicos en una célula así como cada uno de los tejidos de un organismo necesita una serie de mecanismos de control , que en principio trabajan en forma similar a los circuitos reguladores en la técnica . En los últimos años se han ido adquiriendo conocimientos fundamentales sobre algunos de estos mecanismos de control, que actúan a distintos niveles como en el de traducción, la transcripción o en las reacciones enzimáticas. Así se consigue una extraordinaria capacidad de adaptación y con ello al mismo tiempo una gran economía en el metabolismo celular, de manera que determinadas enzimas sólo se formen, cuando este presente el sustrato, es decir, cuando el enzima sea necesario

El objetivo de la asignatura es abordar la bioquímica de una forma amplia. Para ello, el programa de la asignatura está dividido en dos grandes áreas; la primera, concentrada en la bioquímica estructural pretende profundizar en el conocimiento de la estructura de las biomoléculas, la relación estructura-función en las proteínas así como la bioquímica de los ácidos nucleicos. En una segunda parte, centrada en el metabolismo y la bioenergética, se concentrará en el conocimiento de las principales vías anabólicas y catabólicas de los seres vivos.

7.1.1. COMPOSICION CELULAR

7.1.1.1 ESTRUCTURA DE SUPERFICIE Y CUBIERTA.

La cápsula no es constante. Es una capa gelatinomucosa de tamaño y composición variables que juega un papel importante en las bacterias patógenas.

Los cilios, o flagelos, no existen más que en ciertas especies. Filamentosos y de longitud variable, constituyen los órganos de locomoción. Según las especies, pueden estar implantados en uno o en los dos polos de la bacteria o en todo su entorno. Constituyen el soporte de los antígenos "H". En algunos bacilos gramnegativos se encuentran pili, que son apéndices más pequeños que los cilios y que tienen un papel fundamental en genética bacteriana.

La pared que poseen la mayoría de las bacterias explica la constancia de su forma. En efecto, es rígida, dúctil y elástica. Su originalidad reside en la naturaleza química del compuesto macromolecular que le confiere su rigidez. Este compuesto, un mucopéptido, está formado por cadenas de acetilglucosamina y de ácido murámico sobre las que se fijan tetrapéptidos de composición variable. Las cadenas están unidas por puentes peptídicos. Además, existen constituyentes propios de las diferentes especies de la superficie.

La diferencia de composición bioquímica de las paredes de dos grupos de bacterias es responsable de su diferente comportamiento frente a un colorante formado por violeta de genciana y una solución yodurada (coloración Gram). Se distinguen las bacterias grampositivas (que tienen el Gram después de lavarlas con alcohol) y las gramnegativas (que pierden su coloración).

Se conocen actualmente los mecanismos de la síntesis de la pared. Ciertos antibióticos pueden bloquearla. La destrucción de la pared provoca una fragilidad en la bacteria que toma una forma esférica (protoplasto) y estalla en medio hipertónico (solución salina con una concentración de 7 g. de NaCI por litro).

La membrana citoplasmática, situada debajo de la pared, tiene permeabilidad selectiva frente a las sustancias que entran y salen de la bacteria. Es soporte de numerosas enzimas, en particular las respiratorias. Por último, tiene un papel fundamental en la división del núcleo bacteriano. Los mesosomas, repliegues de la membrana, tienen una gran importancia en esta etapa de la vida bacteriana.

7.1.1.2 Estructuras internas.

El núcleo lleva el material genético de la bacteria; está formado por un único filamento de ácido desoxirribonucleico (ADN) apelotonado y que mide cerca de 1 mm de longitud (1000 veces el tamaño de la bacteria).

Los ribosomas son elementos granulosos que se hallan contenidos en el citoplasma bacteriano; esencialmente compuestos por ácido ribonucleico, desempeñan un papel principal en la síntesis proteica.

El citoplasma, por último, contiene inclusiones de reserva.

7.1.1.3 La división celular bacteriana.

La síntesis de la pared, el crecimiento bacteriano y la duplicación del ADN regulan la división celular. La bacteria da lugar a dos células hijas. La división empieza en el centro de la bacteria por una invaginación de la membrana citoplasmática que da origen a la formación de un septo o tabique transversal. La separación de las dos células va acompañada de la segregación en cada una de ellas de uno de los dos genomas que proviene de la duplicación del ADN materno.

7.1.1.4 Espora bacteriana.

Ciertas bacterias grampositivas pueden sintetizar un órgano de resistencia que les permite sobrevivir en condiciones más desfavorables, y se transforma de nuevo en una forma vegetativa cuando las condiciones del medio vuelven a ser favorables. Esta espora, bien estudiada gracias a la microscopia electrónica, contiene la información genética de la bacteria la cual está protegida mediante dos cubiertas impermeables. Se caracteriza por su marcado estado de deshidratación y por la considerable reducción de actividades metabólicas, lo que contrasta con su riqueza enzimática. La facultad de esporular está sometida a control genético y ciertos gérmenes pueden perderla. La germinación de las esporas es siempre espontánea. Da lugar al nacimiento de una bacteria idéntica al germen que había esporulado.

7.2 ASIMILACION DE AMONIACO

7.2.1 Asimilación del amoniaco vía Glutamato y Glutamina.

Bioconversión del nitrógeno atmosférico a amoniaco

Ciclo del Nitrógeno.

El nitrógeno, componente elemental de numerosas moléculas biológicas se cicla a través de los organismos. El paso fundamental del ciclo del nitrógeno es la Fijación (o reducción del nitrógeno atmosférico) por bacteria fijadora para producir amoniaco por acción del Complejo Nitrogenasa. Aunque el amoniaco puede ser utilizado por muchos organismos, mucha bacteria del suelo obtienen su energía de la oxidación del amoniaco a nitrito (NO2-), y finalmente a nitrato (NO3-) este proceso se llama Nitrificación.

El balance es mantenido entre la fijación de nitrógeno y el nitrógeno atmosférico por bacterias que convierten el nitrato a nitrógeno gaseoso bajo condiciones anaeróbicas; en este proceso llamado Desnitrificación, las bacterias del suelo utilizan de mejor forma el nitrato que el oxígeno como último aceptor de electrones en una serie de reacciones (fosforilación y desfosforilación) que generan gradientes de protones para la síntesis de ATP.

La incorporación del amoniaco (obtenido en la fijación) a los aminoácidos y a otros compuestos nitrogenados se realiza a través del Glutamato y de la Glutamina, por las enzimas Glutamato deshidrogenasa y Glutamina sintetasa respectivamente:

Glu deshidrogenasa

Cetoglutarato + NADPH + NH3 ---------------------->Glutamato + NADP+ H2O

Gln Sintetasa

Glutamato + NH3 + ATP ---------------> Glutamina + ADP + Pi

La Glutamina sintetasa es una enzima regulable que controla el metabolismo del nitrógeno. Ambas enzimas están presentes en todos los organismos; los procariotes poseen también Glutamato sintasa que cataliza la aminación reductora del alfa cetoglutarato, el dador de N es la glutamina y de este modo se generan dos moléculas de glutamato.

Glutamato sintasa

Cetoglutarato + Glutamina + NADPH 2 -----------------> Glutamatos + NADP+

Incorporación del amoniaco a esqueletos carbonados - Biosíntesis de aminoácidos.

 

7.3. ASIMILACION DE SULFATO

7.3.1 Definición de Asimilación de Sulfato: Asimilación reductiva del azufre inorgánico oxidado que da lugar a la biosíntesis de l-cisteína. La asimilación de sulfato es una propiedad de las plantas y las bacterias; los animales y los protozoarios solo puede llevar a cabo el primer paso de la asimilación de sulfato, es decir, la activación del sulfato.

Con respecto a la vía ligada de asimilación de sulfato, se sabe que las siguientes enzimas se encuentran en los cloroplastos: ATP sulfurilasa, APS sulfotransferasa, tiosulfonato reductasa y cisteína sintasa aunque el uso del sulfuro ligado (acarreador –S-S-),como sustrato para la última enzima no ha sido estudiado. Los trabajos realizados acerca de la tiosulfonato reductasa sugieren que esta enzima se encuentra asociada a membranas.

7.3.2 Actividades de reduccion y asimilacion de azufre inorganico acopladas a la fotosintesis (anderson, 1981)

La forma de azufre mayormente disponible para las plantas en el ambiente edáfico y atmosférico es el sulfato inorgánico. Mucho del azufre presente en exudados del tallo ocurre como sulfato, sugiriendo que la asimilación de sulfato en el tejido radical es relativamente poco importante. Aunque los tejidos no fotosintéticos asimilan sulfato, se sabe ahora que los cloroplastos de las células fotosintéticas constituyen el sitio más importante para la asimilación reductiva del sulfato en cisteína, el cual es el intermediario principal para la síntesis de otros metabolitos que contienen azufre. En los cloroplastos aislados la asimilación de sulfato es dependiente de la luz; esto puede seguirse como consecuencia de los requerimientos de ATP y Fdred que son reportados por las reacciones dependientes de la luz.

La teoría actual acerca de la asimilación de sulfato. En ella se muestran vías separadas para la asimilación reductiva del sulfato y del sulfito exógenos. Esta propuesta surge de los análisis de mutantes de Chlorella realizados por Schiff y Hodson (1973) y Schmidt et al. (1974). En particular, los extractos del mutante sat2 de Chlorella, incapaz de asimilar azufre a partir del sulfato, catalizan la reacción de sulfito libre a sulfuro libre pero no catalizan la reducción de G-S-35SO3- ó AP35S a H235S intercambiable unido a proteína. Por esta razón, el flujo de azufre desde sulfato exógeno vía el sistema acarreador es llamado la "vía ligada" mientras que la incorporación de sulfito exógeno involucra la "vía libre" o "vía no ligada". Aunque el sulfito exógeno es realmente reducido y asimilado en cisteína, Schiff y Hodson (1973) y Schmidt et al. (1974) propusieron que la vía no ligada es esencialmente un mecanismo para la destoxificación del sulfito producido en reacciones alternas durante la reducción del sulfato en la vía ligada. Además, la capacidad de flujo de azufre de la vía libre de los cloroplastos con relación al flujo de carbono asociado con la asimilación de CO2 se encuentra muy en exceso con relación al valor predicho para la cantidad de azufre relativa al C en la biomasa vegetal.

7.4 BIOSINTESIS DE CARBOHIDRATOS

Es el proceso completo por el que el organismo asimila los alimentos ingeridos y los convierte en materia viva. En este proceso, que se realiza en el ámbito celular, se incluyen: biosíntesis de proteínas, tanto estructurales como enzimas; biosíntesis de lípidos y biosíntesis de carbohidratos. Se produce en oposición al catabolismo o conjuntos de fenómenos desasimilativos

Las biomoléculas. Introducción. El dogma central de la biología molecular. Las biomoléculas y sus componentes. La célula. Agua. Interacciones reversibles entre moléculas. Aminoácidos y proteínas. Enzimas, coenzimas y vitaminas. Lípidos. Carbohidratos. Metabolismo energético. Conceptos básicos, catabolismo de carbohidratos. Glicólisis. Ciclo del ácido cítrico. Cadena de transporte de electrones. Catabolismo de lípidos. Biosíntesis. Fotosíntesis. Información genética: almacenamiento, transmisión y expresión. ADN, cromosomas, replicación del ADN, transcripción. Síntesis de proteínas. Aplicaciones: clonación molecular, animales y plantas transgénicas.

7.5 BIOSINTESIS DE AMONIACO

Los mecanismos reguladores del metabolismo del nitrógeno dependen de las reacciones, si son anabolica o catabólicas. El amoniaco el punto central del metabolismo del nitrógeno, las reacciones que van desde los nutrientes hacia la formación de amoniaco puede ser consideradas catabólicas, y son anabólicas las que van en sentido inverso dando como resultado los metabolitos primarios para el crecimiento y desarrollo.

  1. FAMILIA DEL GLUTAMATO Y ASPARTATO

Todos los esqueletos carbonados de los aminoácidos son derivados de intermediarios de la glicólisis, ciclo de Krebs, y vía de Pentosas fosfato. El nitrógeno entra a estas vías a través del glutamato y de la glutamina; algunas de las reacciones son simples pero otras no.

De acuerdo con el origen de los átomos de carbono los aminoácidos se clasifican en seis familias a saber:

Familia

Glutamato

Serina

Aspartato

Piruvato

Aromático

Histidina

Fuente de

Carbono

a Cetoglut.

3P Glicerato

Oxalacetato

Piruvato

Fosfoenol piruvato y Eritrosa 4P

Ribosa 5P

Aminoácido

Glu Gln Pro

Arg

Ser Gly Cys

Asp Asn Lys Met Tre Ile

Ala Val Leu

Fel Tir Trip

His

Incorporación del amoniaco a esqueletos carbonados - Biosíntesis de aminoácidos.

Luego de haber analizado la fijación del nitrógeno y su incorporación en el Glutamato y la Glutamina, en esta sección se describirá abreviadamente la biosíntesis de los demás aminoácidos.

La habilidad para la síntesis de aminoácidos varia entre los organismos, así, por ejemplo las bacterias y las plantas poseen los sistemas enzimáticos para sintetizar los veinte aminoácidos, mientras que los animales superiores incluyendo al hombre no pueden sintetizar nueve de ellos llamados ESENCIALES que deben ingerirse en la dieta, mientras que los demás se denominan NO ESENCIALES.

ESENCIALES

NO ESENCIALES

Leucina

Isoleucina

Valina

Treonina

Fenilalanina

Triptofano

Metionina

Lisina

Histidina

Glicina

Alanina

Serina

Tirosina

Arginina

Cisteína

Glutámico

Gutamina

Aspártico

Asparragina

Prolina

7.5.1.1 GLUTAMATO

Se encuentran en los animales y que no hemos comentado anteriormente. Estas incluyen una Todo el nitrógeno utilizado en la síntesis de los aminoácidos se deriva o bien del glutamato o de la glutamina, con la uúnica excepción de un átomo de nitrógeno de la argenina que se obtiene a partir dekl carbanil fosfato. Eesto quiere decir que el amonio formado por la fijación del nitrógeno se incorpora inicialmente como glutamato y glutamina antes de que e emplee para formar otro aminoácido. La glutamato deshidrogenasa puede catalizar la aminación reductora del cetoglutarato por el NADPH formado glutamato, siendo el amoniaco añadido al glutamato para formar glutamina

Por condensación. del oxacelatato y del acetil coenzima , pudiendo ambos obtener a pertir de piruvato.

7.5.1.2 ASPARTATO

Los aminoácidos que no pueden ser sintetizados por la mayoría de los animales . Obviamente las plantas tienen enzimas que catalizan reacciones que no secuencia que comienza con el aspertato y determina la formación de treonina , metionina y lisina .( Existe también otra ruta para la síntesis de lisina, en ciertos protistas )

El grupo carboxilato letal del aspertato se deduce a aldehído en una reacción verificada con ruptura de un fosfato rico en energía , siendo este aldehído el precursor de la porción homocisteína de la metionina y de la trionina.

7.5.2 LA FAMILIA DE LOS AROMATICOS

  • Compuestos orgánicos nitrogenados alifáticos y aromáticos: aminas
  • Indoles
  • Carbazoles
  • Alcaloides

Familia de los aromáticos

Los hidrocarburos aromáticos son hidrocarburos cíclicos cuyos átomos de carbono quedan unidos alternadamente por dobles ligaduras. Su nombre proviene de aroma, debido al olor agradable de algunos de estos compuestos.

El benceno, de fórmula C6H6 es el más importante de los aromáticos

El benceno también se representa de las dos maneras siguientes:

La mayoria de aromáticos provienen del petróleo

7.5.2.1 AMINOACIDOS AROMÁTICOS

Cada uno de los aminoácidos contienen nueve átomos de carbono , teniendo en cuenta el anillo aromático . Estos átomos de carbono son aportados por dos moléculas de fosfo-enol-piruvato y una molécula de eritrosa 4-fosfato , perdiendo un átomo de carbono en forma de CO2.

La síntesis comienza con la condensación de una molécula de fosfopiruvatocon la eritrosa fosfato formando un compuesto intermediario de siete átomos de carbono que se cicla formando el precursor del anillo aromático .

Algunos átomos de oxígeno se fijan en el anillo , siendo eliminados posteriormente mediante deshidrataciones , produciendo los dobles enlaces conjugados que son característicos del anillo fenílico.

7.5.4. FAMILIAS DE LAS RESINAS Y EL PIRUVATO

Serina, uno de los 20 aminoácidos constituyentes de las proteínas. Es, junto a la treonina, el único aminoácido con una cadena lateral hidroxilada.

Pertenece al grupo de aminoácidos con cadenas laterales polares sin carga, y se encuentra a menudo en los centros activos de las enzimas, por ejemplo en los de muchas enzimas digestivas. Participa como promedio en un 7,1% (en relación con todos los aminoácidos) de la composición de las proteínas. Puede ser sintetizado por el organismo humano, por lo que no es necesario obtenerlo a través de los alimentos. La ruta principal de formación de la serina en los tejidos animales comienza con el ácido 3-fosfoglicérido, un producto intermedio de la glicolisis. Es el aminoácido precursor de la glicina y de la esfingosina. Su abreviatura es Ser.

La serina puede clasificarse en:

  • L Serina
  • Serina deshidratasa
  • Serina fosfatasa
  • Serina hidroximetiltransferasa
  • Serin-proteasa
  • Serina transacetilasa
  • Serina transhidroximetilasa
  • Serina-treonina deshidratasa
  • L- Serinamida
  • Piruvato es uno de los veite aminoacidos este se clasifica en :
  • Piruvato Carboxilasa
  • Piruvato Carboxiquinasa
  • Piruvato Descarboxinasa
  • Piruvato Fosfato Orquinas
  • Piruvato Quimas
  • Piruvato N Terminal
  1. BIOSINTESIS DE LA HISTIDINA

Histidina, uno de los 20 aminoácidos constituyentes de las proteínas. Posee como cadena lateral un anillo de imidazol, una molécula formada por tres átomos de carbono, tres de hidrógeno y dos de nitrógeno.

Pertenece al grupo de aminoácidos con cadenas laterales polares con carga, y es el único aminoácido que puede cambiar el signo de su carga en el intervalo de pH fisiológico. Por eso, la histidina aparece con mucha frecuencia en el centro activo de las enzimas, donde actúa por ejemplo como catalizador ácido-base. Participa como promedio en un 2,1% (en relación con todos los aminoácidos) de la composición de las proteínas. Su biosíntesis parte de etapas intermedias de la síntesis de nucleótidos. No puede ser sintetizada por los mamíferos, por lo que es uno de los aminoácidos esenciales. Su abreviatura es His

La primera etapa en la biosíntesis de la histidina es catalizada por la enzima alostérica ATP fosforibosiltransferasa, resultando en la unión de la cadena carbonada de la ribosa al átomo de nitrógeno del ácido adenílico (Ver gráfico 7.5.5-1). En la reacción del átomo de carbono C-1 del fosforibosil pirofosfato con el N-1 del ATP con expulsión del Pi, tiene lugar la inversión de la configuración a al nuevo enlace formado (b ). En la siguiente reacción, el anillo de la purina del AMP se abre, y después de que un átomo de nitrógeno sea proporcionado por la glutamina, la estructura se rompe para originar imidazol glicerol fosfato, en el que el anillo imidazólico de la histidina está totalmente formado y unido a una cadena de tres carbonos, y 5-midazol-4-carboxiamida ribonucleótido, un intermediario en la síntesis de las purinas.

En la síntesis del imidazol glicerol fosfato, la cadena lateral y los dos carbonos adyacentes al anillo derivan de los cinco carbonos de la ribosa del 5-fosforibosil 1-pirofosfato. El -N = C- adyacente se origina de la parte pirimidínica del núcleo de la purina. Como el átomo de carbono de este fragmento se origina, durante la síntesis de la purina, a partir del anillo del N10 –formiltetrahidrofolato, éste deriva del carbono b de la serina o de otras fuentes de unidades de un carbono. El último N es proporcionado por el nitrógeno amídico de la gutamina. De esta manera el sistema que sintetiza histidina utiliza una parte de un núcleo de purina existente, pero libera un fragmento (aminoimidazol carboxiamida ribonucícótido), el cual es reconvertido en purinas En la última etapa de la secuencia de reacciones, un grupo hidróxilo primario del histidinol es oxidado por dos equivalentes de NAD+ al correspondiente grupo carboxílico. Oxidaciones consecutivas tienen lugar en la superficie de una enzima única sin aparición en estado libre del intermediario aldehídico, aunque el histidinol adicionado es oxidado a histidina.

La compleja ruta anterior de la biosíntesis de la histidina ha sido ampliamente establecida por los estudios con mutantes de E. colí y. particularmente, de Salmonella. La secuencia tiene numerosos controles metabólicos, y cada una de las nueve etapas han sido identificadas con uno de los nueve genes del operón histidina. La primera reacción es inhibida específicamente por histidina, la cual regula la actividad del ATP fosforríbosiIrransferasa. Además, el sistema enzimático completo está sujeto a represión coordinada; esto es, la presencia de exceso de histidina en el medio de cultivo reprime la síntesis de todas las enzimas que catalizan las etapas de la biosíntesis de histidina.

7.6. BIOSISNTESIS DE LIPIDOS Y ACIDOS GRASOS

7.6.1. BIOSISNTESIS DE LIPIDOS

Examinemos ahora la biosíntesis de un lípido característico. Los lípidos como clase son realmente moléculas mucho menores que los polisacáridos; sus pesos moleculares raramente son superiores a 1000. Sin embargo, su biosíntesis es más compleja que la del glucógeno porque la mayor parte de sus moléculas contienen más de un tipo de enlace químico, mientras que en el glucógeno las unidades de glucosa están ensambladas por un solo tipo básico de enlace.

Los lípidos más simples son los lípidos neutros o triacil gliceroles (también llamados triglicéridos); son las grasas de reserva encontradas en el tejido adiposo o graso. Sus unidades estructurales son el glicerol y tres moléculas de ácidos grasos de cadena larga figura 7.6.1-1. Algo más complejos y funcionalmente más importantes son los fosfolípidos, que son elementos estructurales importantes de las membras celulares. La figura 7.6.1-1. muestra también la estructura de una molécula típica de fosfólipido está constituida por dos moléculas de ácidos grasos (ácido palmítico y ácido oleico), una molécula de fosfato y los dos alcoholes glicerol y etano lumina Este lípido es la fosfátidil etanotamina, uno de los fosfolipidos más abundantes de los tejidos animales. Observamos que la fosfatidiletanolamina contiene los enlaces éster entre los ácidos grasos y el glicerol, y un «puente» fosfodiéster entre los dos acholes diferentes, cada uno de los cuales requiere un modelo específico de reacción enzimático en su biosíntesis.

La primera etapa en la biosíntesis de la fosfatidil etano lamina consiste en la activación de los ácidos grasos y del glicerol en reacciones ligadas al ATP. Después toma lugar la unión de las unidades estructurales activadas para formar la molécula completa de fosfolípido. Las estructuras de las unidades estructurales aparecen en la figura 7.6.1-2 y las ecuaciones de las reacciones correspondientes a su formación aparecen en la figura 7.6.1-3. En conjunto quince pasos enzimáticos. Los ácidos grasos son activados en forma de ésteres de la coenzima A y el glicerol, en forma de éster fosfórico, en reacciones dependientes del ATP. Estas unidades estructurales activadas se ensamblan para reducir ácido fosfatidico o diacilgucerol 3-fosfato, el cual es activado mediante reacción con CTP para producir el derivado nucleotídico citidina difosfato díacilglicero. Así, del mismo modo que los nucleótidos de uridina son transportadores específicos de unidades de monosacáridos en la síntesis de polisacáridos, los nucleótidos de citidina son transportadores específicos de precursores importantes en la síntesis de fosfolípidos.

En relación con la energética de estas reacciones, debemos mencionar otros dos puntos. Las primeras dos ecuaciones que figuran en la figura 7.6.1-3 describen la activación de los ácidos grasos mediante una escisión tipo pirofosfato del ATP; el pirofosfato liberado en cada paso debe ser hidrolizado a ortofosfato posteriormente. La formación de cada molécula de ácido graso activado (acil graso CoA) requiere el consumo de dos enlaces fosfato de alta energía. El otro punto es que la adenosina 5'-monofosfato (AMP) formada en la activación de los ácidos grasos debe ser refosforilada a ATP en dos pasas. En el primer paso, el AMP es fosforilado a ADI a expensas del ATP mediante la enzima adelinato quinasa

AMP+ATP ® ADP+ADP

El ADP así formado puede ser fosforilado entonces a ATP directamente durante la glucólisis o la fosforilación oxidativa. El CMP formado a partir de CTP debe también ser refosiorilado a CTP; este proceso tiene lugar en dos pasos, como se ve en figura 7.6.1-3

Si ahora hacemos el balance de todos los reactivos y productos de las 15 reacciones requeridas para la síntesis de este fosfólípido, que son catalizadas por un total de once enzimas diferentes, y eliminamos aquellos componentes que aparecen en ambos miembros de la ecuación resultante, la suma nos dará la ecuación global que figura en la figura 7.6.1-3 Vemos que, en definitiva, siete moléculas de ATP se descomponen en ADP y fosfato durante la síntesis de una molécula de fosfatidil etanolarnina.

7.6.2. BIOSINTESIS DE ACIDOS GRASOS

El esclarecimiento del mecanismo de oxidación dos grasos en 1950, indujo a pensar que el curso tesis sería el inverso al de su oxidación. Sin embargo, descubrimientos posteriores demostraron el camino unívoco de la biosíntesis.

  1. El descubrimiento de la malonil-CoA condujo a establecer que no era la acetil-CoA, sino sus derivados carboxilados, los que constituían la unidad biosíntesis de los ácidos en grasos en animales, plantas y bacterias
  2. Los estudios realizados sobre una serie de grupos demostraron que eran los D(-)-b -hidroxiácidos y TPN y no los L( + )- b -hidroxiácidos y el DPN utilizados en la oxidación de los ácidos grasos, los que estaban implicados en la biosíntesis de los mismos.
  3. El descubrimiento y caracterización de los transportadores de acilo (proteínas) permitió aclarar que era este derivado proteínico de la CoA, y no ella misma, el compuesto unidos con estructura de tioéster al que se encuentran todos los intermedios de la síntesis de los ácidos grasos en bacteria. Existen pruebas muy sugestivas, pero no concluyentes, de que hay una proteína similar implicada en la biosíntesis de los ácidos grasos en animales y plantas.

La biosíntesis de los ácidos grasos de cadena lineal y número par de átomos de carbono se realiza en los tejidos animales y en las levaduras, a través de un sistema de CoA asociado con partículas micros6micas. Al mismo tiempo, puede existir también otro sistema complementario asociado con la mitocondria, que actúa por el camino opuesto a la b -oxidación (véase la revisión de WAKJL, 1961; LYNEN, 1961). Según LYNEN (1961), la síntesis de los ácidos grasos se produce a través de un ciclo de seis reacciones consecutivas (Ver gráfica 7.6.2-1), que son:

a) transferencia del resto malónico desde la malonil-S-enzima

  1. -cetoacilenzima , acompañada de descarboxilación.

  2. condensación de un acil-CoA saturado "primer" (acetil, propionil, butiril, etc., CoA) para formar β
  3. Reducción con trifosfopiridin-nucleótido r e d u c e do (TPNH) a β-hidroxiacilenzima;
  4. deshidratación de esta última;
  5. reducción con trifosfopiridin-nucleótido reducido a la acilenzima saturada;
  6. transferencia del grupo acil saturada a la CoA

Los resultados globales de estas reacciones es el alargamiento en dos átomos de carbono de la cadena de acil-CoA "primer", requiriéndose un mol de malonil-CoA y dos de trifosfopiridinnucleótido. La acil-CoA, con dos átomos de carbono más, puede realizar de nuevo el ciclo de reacciones, repitiéndose longitud de la cadena tantas veces como lo requiera la cadena del ácido graso.

La oxidación de los hidrocarburos alifáticos parece ser otra ruta adicional para la síntesis de los ácidos grasos en algunos microorganismos, principalmente en las bacterias del suelo. Otra ruta implica la oxidación de un metilo terminal a alcohol primario, que se oxida posteriormente a aldehído y después a ácido (oxidación terminal):

El mecanismo de la biosíntesis de ácidos grasos insaturados en microorganismos ha sido elucidado recientemente merced a las investigaciones de BLOCH y Col. Para la síntesis de los ácidos monoenoicos, existen dos mecanismos distintos.

El primero se verifica a través de un sistema aerobio, que depende estrictamente del trifosfopiridin-nucleótido y del oxígeno. Mediante este mecanismo, se producen ácidos palmitoleico y oleico por deshidrogenación oxidativa de los ácidos palmítico y esteárico, respectivamente, pasando por un intermedio oxigenado, no identificado. Esto puede darse:

El segundo mecanismo se verifica a través de un sistema anaerobio. Los experimentos realizados con C. butiñcum, en los que se determinó la transformación de ácidos C8 y C10, marcados en el grupo carboxilo, en ácidos insaturados c16 y C18, condujo a admitir este mecanismo junto con el anterior, según el cual, el doble enlace se introduce durante el proceso de alargamiento de la cadena. (Ver Grafico 7.6.2-2)

Un ejemplo de la biosíntesis es el palmitato, lo que se puede observr claramente en la gráfica 7.6.2-3 y hay varios caminos que puede seguir para la formación de ácidos grasos, lo que se encuentra resumido en la tabla 7.6.2-1

7.7. BIOSISTESIS DE FOSFOLIPIDOS

La biosíntesis de los fosfolípidos, no tiene un proceso conocido no se ha organizado ningún progreso en la investigación de los mecanismos por los que se forman y degradan los fosfolípidos.

La semejanza, en estructura, con los fosfoglicéridos comunes, encuentra su aplicación en su formación biológica. demostrado inequívocamente, que las citidincoenzimas son requisito indispensable en la biosíntesis de al menos cuatro tipos de fosfolípidos: fosfatidilcolina, fosfatidilinositol, fosfatidiletanolamina, fosfatiduglicerina. Lo que se conoce en la actualidad la biosíntesis de los fosfoglicéridos se recoge en el gráfico 7.7-1

Poco se sabe acerca de la ruta metabólica por la que se forma de novo la fosfatidilserina. Por analogía con otros fosfofliséridos, puede esperarse que en su formación estén implicados intermedios tales como 0-fosfoserina, difosfatoserina citidina y D-1,2-diquicérido. Sin embargo, no existen evidencias de la fosforilación directa de la serina. En realidad, la presencia en varios tejidos de poderosas fosfátasas de la fosfoserina, parece indicar que la fosfatidilserina se forma por una ruta metabólica diferente a la de la fosfatidilcolina y fosfadiletanolamina. Se ha descubierto en los extractos de células libres de Eschechía cili la existencia de una síntesis de novo de fosfatidilserina, a partir de L-serina y el diglicérido de citidina difosfato. Esta reacción puede producirse también en los tejidos de los mamíferos.

Aunque existen evidencias que indican el establecimiento de una reacción de equilibrio entre fosfatidiletanolamina y L-serina para dar fosfatidilserina y etanolamina, no parece que sea ésta la ruta principal de formación de la fosfatidilserina, dada la diferente composición en ácidos grasos de la fosfatidiletanolamina y fosfatidilserina naturales.

Por la misma razón, no debe esperarse que la metilación, catalizada por enzimas, de fosfatidiletanolamina para conducir a fosfatidilcolina, tenga un papel predominante en la síntesis de esta última en los tejidos animales.

Se han encontrado evidencias que obligan a admitir que esta ruta biosintética de la lecitina se produce en un mutante de Neurospora crassa. Se han logrado aislar los intermedios monometil y dimetilaminoetanol que contienen los fosfolípidos, mostrándose poseedores de la misma secuencia de ácidos grasos que la lecitina que se forma como producto final. A pesar de ser ésta una ruta seguida en los tejidos animales, sólo en los mamíferos que tienen una carencia acusada de colina en la dieta, debe esperarse que prevalezca sobre la síntesis usual de fosfatidilcolina de novo, catalizada por la coenzima que contiene citidina.

Ciertos intermedios en la biosíntesis de algunos tipos de lípidos son compuestos clave para la formación biológica de otros lípidos. La acil-CoA, por ejemplo, es necesaria para la formación del ácido fosfatídico y de los triglicéridos, mientras que los D-l,2-diglicéridos son esenciales, tanto para la formación de los triglicéridos como para la síntesis de fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina. Se cree que estos intermedios comunes son igualmente adecuados para cada una de las enzimas en competición. Sin embargo, los lípidos fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina tejidos, suelen presentar grandes diferencias de ácidos grasos. Esto se explica temas enzimáticos que catalizan la formación correspondiente, poseen determinados tipos de diglicéridos.

Existen diferencias en la especificidad de las enzimas implicadas en la formación de triglicéridos y lecitinas. No obstante, no está suficientemente demostrado que las diferencias observadas' en la composición de los ácidos grasos de los diversos tipos de lípidos puedan atribuirse exclusivamente a diferencias en especificidad de las enzimas responsables de su formación.

Una situación similar se presenta en las acil-CoA, ya que los ácidos grasos que constituyen los fosfoglicéridos poseen asimetría metabólica y posicional. Se ha comprobado muchas veces que los ácidos grasos insaturados y saturados tienden a ocupar distintos lugares en la molécula de lecitina, y que la incorporación de un ácido graso específico varía, dependiendo de su estructura y de que su posición de esterificación sea la 2 o la 3.

El hígado y el intestino son centros muy activos en la síntesis de fosfoglicéridos. Los estudios con técnicas de marcaje han demostrado que casi todas las células, excepto los eritrocitos, tienen la facultad de Sintetizar los fosfolípidos característicos de su esqueleto fundamental, como, por ejemplo, fosfato y colina, etc. Parece como si cada tejido fuese una factoría de creación de fosfolípidos, que recibe del plasma las unidades estructurales.

Las investigaciones realizadas para determinar el lugar de la célula en que se produce la síntesis de los lípidos, mediante el estudio de los tejidos in vivo, indican que, después de la honiogeneización y fraccionamiento, todas las fracciones de la célula contienen fosfolípidos radiactivos. Parece probable que la síntesis se realice en un determinado lugar y que los fosfolípidos formados se extiendan a otras partes de la célula por medio de la corriente protoplásmica.

Tanto la superficie rugosa de las membranas microsómicas como la lisa, poseen la misma capacidad sintética de lecitinas, a pesar de las marcadas diferencias en su contenido de RNA y fosfolípidos. Cuando se extrae la mayor parte del RNA de los microsomas, sólo se producen ligeras disminuciones en la síntesis de lecitina, lo que sugiere que sólo una pequeña proporción del RNA microsómico está implicada en su formación de poca información acerca de la distribución implicadas en la degradación de los fosfolipidos. e el catabolismo de los fosfoglicéridos se verifica vez de concurrir en un determinado y eliminación. Existe probablemente los fosfolipidos recién formados son transportados, desde el lugar de síntesis, hasta los orgánulos donde se produce su degradación. Esto puede ser necesario para la lecitina.

En las mitocondrias inalteradas no existe intercambio apreciable entre los fosfolípidos de la fase acuosa y los de las lipoproteínas. Los experimentos han demostrado que, utilizando fosfolípidos marcados incubados con la mitocondria, su incorporación dentro de una determinada sustancia sólo se produce si se añade colato o desoxicolato para romper la estructura de la mitocondria, y además, sólo en presencia de una sal. En este caso, es improbable que se produzca una heterocoagulación en lugar de un verdadero cambio entre las moléculas de las micropartículas fosfolipídicas y las moléculas de fosfolípidos de la mitoncondria rota.

No existen evidencias convincentes de que las moléculas inalteradas de los fosfolipidos en las lipoproteinas del plasma se intercambien con la reserva fosfolipidica de las células sanguineas más que en una pequeña proporción. Así las células de la sangre de los rumiantes contienen una cantidad despreciable de lecitina entre sus lipoproteinas, mientras que en el plasma, el contenido en lecitina llega a ser del 70 por 100. Por esta razón, no parece existir un intercambio completo entre las dos reservas fosfolipídicas.

No obstante, existen evidencias que sustentan la idea de que puede existir un intercambio de moléculas fosfolipídicas entre las lipoproteinas del plasma y las de los quilomicrones. El intercambio se produce principalmente entre la colina contenida en los fosfolípidos de los quilomicrones y la de las lipoproteinas del plasma.

No puede excluirse que, además de la ruta que aparece en el gráfico 7.7-2, pueden existir otras rutas biosintéticas que conduzcan a fosfolípidos con una composición en ácidos grasos diferente de la que presentan los 1,2-diglicéridos de los tejidos.

La idea de un mecanismo biosintético que permita una descomposición independiente de los ácidos grasos, está fuertemente sustentada por el hallazgo de un sistema enzimático capaz de asilar lisolecitina. La enzima presente en los microsomas del hígado es específica para lisolecitina, y ningún ácido L-1-glicerofosfórico, ni L-1-glicerilfosforilcolina, pueden acilarse a sus correspondientes mono o diacilderivados. Teniendo en cuenta la amplia distribución de la fosfolipasa A, enzima que cataliza la hidrólisis de los ácidos grasos enlazados en el C-2 de los glicerofosfatidos, puede visualizarse un ciclo en el que se elimina un resto de ácido graso de la molécula de lecitina para dar lisolecitina, la cual vuelve a realizarse con otro ácido graso diferente para recuperar la estructura de lecitina. Se ha comprobado que la acilación de la lisolecitina se produce también en la mitocondria del cerebro.

El ácido lisofosfatídico y el fosfatidilinositol pueden acilarse in vivo para formar fosfolípidos diacilados, habiéndose comprobado también la acilación enzimática de lisofosfatidiletanolamina. Estos sistemas enzimáticos han sido encontrados en tejidos tan diferentes como los del cerebro, hígado, páncreas y glóbulos rojos, lo que sugiere que los lisofosfolípidos desempeñan un importante papel en el metabolismo de los fosfolípidos.

  1. BIOSINTESIS DE ACIDOS NUCLEICOS

Se ha examinado la biosintesis de los principales componentes químicos de las células vivas: los lípidos y los polisacáridos debido a que son moléculas relativamente sencillas pudimos centrarnos en los principios termodinárnicos y en las pautas de reacción enzimática que rigen la biosíntesis en la mayor parte de los compuestos celulares.

7.8.1 ELEMENTOS QUE INTERVIENEN EN EL FLUJO DE INFORMACION GENETICA

En primer lugar, como orientación, haremos un bosquejo de las principales etapas del flujo de la información genética en la célula. Tres son las principales clases de elementos moleculares que intervienen en la transferencia de la información genética: ácido desoxirrihonucleico ('DNA), ácido ribonucleico (RNA) y proteínas. Estos elementos interaccionan entre sí de tal modo que, en circunstancias normales, el flujo de información genética tiene lugar desde el DNA de la célula madre al DNA de las células hijas y, en una célula dada, desde el RNA y desde éste a la proteína, de acuerdo con el esquema

célula –madre DNA ® RNA ® proteína

¯

primera generación DNA ® RNA ® proteína

¯

segunda generación DNA ® RNA ® proteína

¯

Esta serie de relaciones frecuentemente recibe el nombre de dogma central de la biología molecular. Fue propuesto, por primera vez como hipótesis de trabajo por Crick en la década de 1950 y desde entonces ha sido verificado durante más de diez años de investigaciones experimentales profundas. Actualmente existe evidencia de un flujo de información genética en sentido contrario, RNA ® DNA, como se verá más adelante.

Examinemos ahora este diagrama de flujo más de cerca y definamos algunos términos importantes.

El ácido desoxirrihonucleico (DNA), que está localizado principalmente en el núcleo, es la molécula informacional «maestra» de la célula: contiene toda la información genética necesaria para la replicación exacta de las células. Es una molécula muy larga en forma de cadena que contiene una secuencia característica de cuatro clases diferentes de unidades estructurales: los desoxirribonucleótidos.

Cuando la célula se divide, las cadenas de DNA progenitoras son utilizadas como moldes para la síntesis enzimático de las cadenas hijas de DNA a partir de precursores simples, de tal modo que cada una de las células hijas recibe moléculas de DNA idénticas en secuencia al DNA progenitor. Este proceso recibe el nombre de replicación y representa el medio por el que la información genética se transmite de un modo exacto de generación en generación.

La información genética de la molécula de DNA se utiliza en última instancia para especificar la secuencia característica de las unidades estructurales de las proteínas durante su síntesis. Sin embargo, en este proceso no se utiliza directamente el mismo DNA como molde; debe considerarse más bien como una «banda maestra» que se guarda encerrada en un arcón, esto es, el núcleo. A partir de esta banda maestra se transcriben bandas de cuando en cuando para ser utilizadas como moldes para la síntesis de las proteínas celulares. Estas bandas, que llevan el mensaje genético desde el núcleo a los ribosomas, son moléculas de RNA especializadas llamadas moléculas de RNA mensajero. Los RNA mensajeros son también moléculas largas en forma de cadena. Dichas moléculas contienen cuatro unidades estructurales diferentes, los ribonucleótidos, en una secuencia que es exactamente complementaria a la de la banda de DNA de la que han sido transcritas.

La síntesis de moléculas de RNA mensajero se conoce con el nombre de transcrtpción; tiene lugar en el núcleo, directamente a lo largo de la banda de DNA que se transcribe. Evidentemente, si cada célula ha de tener un genotipo (o conjunto de caracteres hereditarios) especial, la transcripción debe desarrollarse con igual precisión molecular que la replicación del DNA.

Finalmente, en la ultima gran etapa de la transferencia de información genética, las secuencias de los elementos codificadores inherentes a la estructura de las moléculas de RNA mensajero, se utilizan como moldes para la construcción de muchas clases diferentes de moléculas proteicas que, en última instancia, determinan él tamaño, la forma, la estructura y las actividades características de cada tipo de célula. Las proteínas, como los ácidos nucleicos, son moléculas Uneales1 constituidas por unidades recurrentes enlazadas en forma covalente, a saber veinte unidades estructurales simples diferentes: los aminoácidos. Durante la síntesis de proteínas, el lenguaje de cuatro símbolos del DNA y de su correspondiente mensajero RNA se deben traducir al lenguaje de veinte letras de la estructura proteica. En consecuencia, esta fase de la transferencia de información genética recibe el nombre de traducción.

Examinemos ahora la estructura molecular de cada uno de 1os elementos principales del sistema genético y de qué manera se sintetizan a partir de precursores más simples

7.8.2 LA ESTRUCTURA DEL DNA

Las unidades estructurales de la molécula de DNA son cuatro desoxirribonucleátidos diferentes (Ver gráfico 7.8.2-1). Dichas unidades poseen una estructura idéntica excepto en lo relacionado con los componentes de la base nitrogenados difieren de los ribonucleótidos analizados anteriormente, en que les falta un grupo hidróxido en él átomo de carbono 2'de la ribosa. En la molécula de DNA estas unidades nucleotídicas están dispuestas en largas cadenas (llamadas polinucleóticas) a través de puentes fosfodiéster, que ligan los nucleótidos sucesivos entre el átomo de carbono 5, de la desoxirribosa de un nucleótido y el átomo de carbono 3, de la siguiente, corno se ve en el gráfico 7.8.2-2. Así, el esqueleto covalente del DNA está formado por unidades de fosfato y de desoxirribosa alternadas. De estas últimas emergen las diferentes bases dispuestas en una secuencia característica formando ramificaciones laterales. El mensaje genético transportado por la molécula de DNA es comunicado por la secuencia específica de las cuatro bases diferentes a lo largo de la cadena un ejemplo de secuencia seria A-T-G-T-C-A-Q-C-T-. Es obvio que como la mayor parte de las moléculas de DNA son muy largas, con millones de Unidades nucleotídicas, será potencialmente posible un enorme numero de secuencias distintas.

En 1953 Watson y Crick, a partir del análisis de DNA nativo por medio de la difracción con rayos X, dedujeron que, en condiciones biológicas, él DNA posee una estructura en forma de doble hélice, en la cual dos bandas de DNA están enrolladas entre si helicoidalmente, de tal modo que las dos moléculas discurren en sentidos opuestos y las bases de las dos bandas se acoplan entre sí de una forma complementaria (gráfico 7.8.2-3) El diámetro de la doble hélice del DNA es de 20 A° y la distancia axial entre los pares de bases adyacentes es de 3,4 A° en cada vuelta complementa de la doble hélice tiene una estría mayor y una menor, como se ve en el -modelo (gráfico 7.8.2-3). La molécula de doble hélice se mantiene unida lateralmente mediante enlaces de hidrógeno entre las bases específicamente complementarias (ver gráfico 7.8.2-4) y, verticalmente, mediante interacciones hidrofóbicas entre las bases apiladas. La asociación de las bases planas e insolubles en agua se debe a la tendencia que tienen las moléculas de agua del medio ambiente a buscar su configuración más dispersa o más rica en entropía, lo cual fuerza a los cordones de DNA a buscar aquella conformación esférica en que las moléculas de las bases estén ocultas del agua, en el interior de la doble hélice.

7.8.3. REPLICACIÓN DEL ADN

Es la capacidad que tiene el ADN de hacer copias o réplicas de su molécula. Este proceso es fundamental para la transferencia de la información genética de generación en generación.Las moléculas se replican de un modo semiconservativo. La doble hélice se separa y cada una de las cadenas sirve de molde para la síntesis de una nueva cadena complementaria. El resultado final son dos moléculas idénticas a la original (ver gráfico 7.8.2-4)


7.9. BIOSINTESIS DE VITAMINAS

Se conocen varios métodos de síntesis. Una amplia compilación, que abarca los diversos enfoques y la química correspondiente, ha sido escrita por Baxter. Un método se basa usado hoy con mayor amplitud es el que se muestra en el gráfico 7.9-1

El material de partida en la ecuación 1 es la b -ionona, esencialmente e las vitaminas se obtiene de los aceites esenciales que provienen de plantas el que esta constituido por terpenos, el desdoblamiento de estos se obtiene la vitamina de acuerdo a su combinación podemos obtener los distintos tipos de vitaminas.

Cualquiera de un grupo de compuestos orgánicos esenciales en el metabolismo y necesarios para el crecimiento y, en general, para el buen funcionamiento del organismo. Las vitaminas participan en la formación de hormonas, células sanguíneas, sustancias químicas del sistema nervioso y material genético. Las diversas vitaminas no están relacionadas químicamente, y la mayoría de ellas tiene una acción fisiológica distinta. Por lo general actúan como catalizadores, combinándose con las proteínas para crear metabólicamente enzimas activas que a su vez producen importantes reacciones químicas en todo el cuerpo. Sin las vitaminas muchas de estas reacciones tardarían más en producirse o cesarían por completo. Sin embargo, aún falta mucho para tener una idea clara de las intrincadas formas en que las vitaminas actúan en el cuerpo.

Las 13 vitaminas identificadas se clasifican de acuerdo a su capacidad de disolución en grasa (vitaminas liposolubles) o en agua (vitaminas hidrosolubles). Las vitaminas liposolubles, A, D, E y K, suelen consumirse junto con alimentos que contienen grasa y, debido a que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo, no es necesario tomarlas todos los días. Las vitaminas hidrosolubles, las ocho del grupo B y la vitamina C, no se pueden almacenar y, por tanto, se deben consumir con frecuencia, preferiblemente a diario (a excepción de algunas vitaminas B, como veremos después).

El cuerpo sólo puede producir vitamina D; todas las demás deben ingerirse a través de la dieta. La carencia da origen a una amplia gama de disfunciones metabólicas y de otro tipo.

7.9.1. BIOSINTESIS DE RIBOFLABINA

Se ha logrado la biosíntesis con el uso de cepas mutantes de microorganismos que requieren vitamina B2 o compuestos afines, pero que han perdido su capacidad para sintetizar estas sustancias, probablemente por no ser capaces de sintetizar el factor B, que es una porción de la molécula. Mediante el cultivo de uno de estos mutantes de Escherzchza coli en un medio que contenía factor B y el nucleótido apropiado (correspondiente al fosfato de ribazol) o una base de nucleótido (correspondiente al dimetilbencimidazol), se han obtenido estos nuevos compuestos. Sin el complemento de un componente nucleótido, el factor B se convierte en factor C, un compuesto de estructura desconocida. Por ejemplo: si el factor B se complementaba con 5,6-dimetilbencimidazol, fosfato de a -ribazol, o riboflavina, daba vitamina B12 con adenina daba seudovitamina B12 y con 2-metiladenina, daba facior A (seudovitamina B12d). Se produjeron nuevos análogos mediante el complemento del factor B con varios bencimidazoles 4 y 5 sustituidos, varias purinas afines a la adenina, un benzotriazol y un benzotiazol. Los compuestos no fueron aislados en forma cristalina, pero se usó factor B marcado con Co60 y se determinó la producción de nuevas sustancias por reducción de la cantidad de factor C formado y por la presencia de nuevas manchas sobre papel de cromatografía en papel. La actividad microbiológica fue medida por ensayo con E. coli y Ochromonas

La riboflavina o vitamina B2, al igual que la tiamina, actúa como coenzima, es decir, debe combinarse con una porción de otra enzima para ser efectiva en el metabolismo de los hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También actúa en el mantenimiento de las membranas mucosas

7.9.2. BIOSÍNTESIS DE CIANOCOBALAMINA

"El principal material de construcción del macro-aniIlo del grupo planar es el ácidod - aminolevulínico formado por condensación de succinil-coenzima A con glicina que da succinilglicina que luego pierde el grupo carboxílico de la porción de glicina en forma de anhídrido carbónico.

Ver gráfico 7.9.2-1

Esta biosíntesis requiere fosfato de piridoxal y puede que requiera también biotina corno cofactor.

La condensación de dos moléculas de ácido d -aminolevulínico produce porfobilinógeno:

Ver gráfico 7.9.2-2

La condensación de cuatro moléculas de porfobilinógeno, probablemente bajo la influencia de la desaminasa de porfobilinógeno, produce un tetrapirrol lineal. Este compuesto intermedio parece ser compartido por la biosíntesis del grupo planar de la cobalamina, así como por la del sistema de porfirma, que se halla presente en la clorofila (pigmento que contiene porfirina con magnesio y se encuentra en las hojas verdes), en el grupo hemo (grupo prostético de la hemoglobina que contiene porfirina con hierro) y en los citocromos (óxido-reductasas con porfirinas con hierro como grupos prostéticos que están asociadas con la cadena respiratoria de enzimas).

Se desconocen los detalles de la biosíntesis subsiguiente, pero se ha sugerido que el tetrapirrol lineal se dobla de manera que los dos anillos terminales se cierran para formar el macro-anillo y que entonces se produce la isomerización catalizada por una isomeraza para dar un precursor estable del grupo planar.

Los residuos de acetilo y propionilo de los grupos acetamido y propionamido de las cadenas laterales los proporcionan las mismas moléculas de porfobilinógeno que forman el macro-anillo, pero es probable que se necesiten moléculas de ATP, coenzima A o de ambas sustancias, además de amoníaco, para la síntesis de los numerosos enlaces amida. También parece probable que la mayoría de los grupos metilo se formen por medio de C-mutilaciones, lo cual puede significar que haya que suplementar la capacidad metilante de los microorganismos añadiendo al medio donadores de metilo.

Se ha demostrado que el puente de aminopropanol entre el grupo planar y el nucleótido deriva del a -aminoácido treonina.

Parece que los productos finales de la biosíntesis son las formas coenzima ticas de la vitamina B12 o sus análogos en que se halla presente y directamente unido al átomo de cobalto el grupo de 5'-desoxiadenosina en lugar del grupo ciano, que lleva la vitamina B12. Tanto la porción de adenina como la de azúcar en este grupo 5'-desoxiadenosilo proceden de ATP, siendo necesaria una etapa de reducción en el proceso de biosíntesis.

Afortunadamente, el enlace entre los átomos de cobalto y carbono en cada forma coenzimática se puede romper con suma facilidad mediante la acción del cianuro en ausencia de la luz. En la práctica se suele realizar esta conversión durante la etapa de extracción en el proceso de fabricación de la vitamina B12

La molécula de la vitamina B12 (C63H88OI4Nl4PCO) tiene una estructura complicada que comprende un grupo plano enlazado por 1-amino-2-propanol con un nucleótido situado en un plano que es casi perpendicular al otro. El grupo plano tiene un átomo central de cobalto unido por enlaces covalentes con un grupo cianuro y con uno de los cuatro anillos de pirrol reducidos de un derivado tetrapirrólico lineal que se ha plegado para formar un macro-anillo. Enlaces coordinados adicionales unen el átomo de cobalto con los otros tres anillos pirrólicos reducidos. Grupos metino (=CH-) forman tres puentes de unión entre los anillos pirrólicos como en las profirinas, pero en la vitamina B12 el macro-anillo se completa mediante la unión directa del carbono-a del anillo A con el carbono correspondiente del anillo D. Once de los diecinueve carbonos que forman el macroanillo llevan grupos sustituyentes metilo, acetamido y propionamido.

El nucleótido de la vitamina B12 tampoco es un nucleótido típico; en lugar de una base púrica o pirimidínica como las que se hallan presentes en los ácidos nucleicos, posee en su lugar los anillos condensados del 5,6dimetil-benciminazol y en lugar del típico enlace N-glicósido con el carbono anomérico de la ribosa en la configuración b lo tiene con la configuración a El grupo fosfato del nucleotido está esterificado con el l-amino-2-propanol. El otro puente de unión entre las dos partes de la molécula está formado por un enlace coordinado entre el átomo central de cobalto del grupo planar y uno de los átomos de nitrógeno de la base de bencimidazol del nucleotido.

Ver gráfico 7.9.2-3

Producción de la vitamina B12

La vitamina B12 se puede obtener como subproducto durante la fabricación de la estreptomicina con cepas de Streptomyces gríseus o de la tetraciclina con cepas de S. aureofaciens, si bien los rendimientos no suelen exceder 2 m g/ml. Se puede obtener vitamina B12 de calidad de Farmacopea y con un rendimiento de cerca de 20 m g/ml mediante un proceso bacteriano en que interviene una cepa de Propioizibacterium freudenreichii o bien especies de Pseudomonas para extraer la vitamina como principal producto útil de la fermentación.

La vitamina B12 es una de las vitaminas hidrosolubles indispensable, en pequeñas cantidades (0,001 mg por día), para evitar la anemia perniciosa en el hombre.

Vitamina B2 – Riboflavina

La riboflavina actúa como enzima. Se combina con proteínas para formar enzimas que participan en el metabolismo de hidratos de carbono, grasas y especialmente en el metabolismo de las proteínas que participan en el transporte de oxígeno. También mantiene las membranas mucosas.

CONCLUSIONES

  1. En las células microbianas y de vegetales, los aminoácidos raramente sufren degradación, pero son sintetizados y utilizados para la síntesis proteica y para la construcción de otras innumerables sustancias nitrogenadas. Sin embargo, ninguno está presente en cantidades excesivas
  2. La biosíntesis de los ácidos nucleicos se considera: la incorporación y la transferencia de información. Los ácidos nucleicos son moléculas adaptadas para el almacenamiento, replicación y trascripción de información genética, y la función de las proteínas es expresar dicha información.
  3. Veremos que la biosíntesis de los ácidos nucleicos y de las proteínas es mucho más compleja que la de los polisacáridos y lípidos, no porque los tipos de enlaces químicos que mantienen unidas sus -unidades -estructurales sean particularmente complejos o difíciles de realizar, sino porque dichas unidades estructurales se deben insertar en la estructura de estas cadenas moleculares en un orden o secuencia exactamente determinado.
  4. La biosíntesis es la actividad endergónico más compleja y vital de los organismos vivos. De hecho, constituye la esencia propia de1 estado viviente., ya que incluye no sólo la formaron de los componentes químicos característicos de las células a partir de precursores : simples, sino también su ensamble en estructuras tales como sistemas membranosos, elementos contráctiles, mitocondrias, núcleos y ribosomas. La biosíntesis es un proceso genéticamente programado que, a partir de moléculas muy simples, conduce a la estructura misma de la Célula viva, en una jerarquía de complejidad creciente
  5. Las vías anabólicas ayudan a la estructuración de las células ya que estas colaboran en el funcionamiento de los constituyentes de la célula ya que mediantes estas vías se transforma los sustratos en proteínas ya digeribles.
  6. La biosíntesis de carbohidratos y de aminoácidos dentro de las células tiene lugar a través de la acción de varias enzimas , también de la síntesis de novo de pirimidinas y purinas mediante reacciones en serie hasta cuando los productos ingeridos sean sintetizados en su totalidad.
  7. Los tipos de familias que actúan como biosintetizadores de alimentos , proteínas, carbohidratos, etc. Cumplen la función similar a la de la síntesis de la clorofila en las plantas , dando como producto también CO2.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  • Bibliografía

ROBERT W. MC. GILBERY Conceptos de Bioquímica Editorial Revéte SA , Barcelona – España , 1977

JUNNGERMAM MOHLER , Bioquímica , Edición pirámide SA, Madrid

ARHODES D.L. FLETCHER, Principios de la microbiología industrial, Editorial Acribia,Zaragoza , impreso en españa 1969

ABRAHAM WHITE, Principios de Bioquímica, Sexta Edición, Editorial Mc.Graw-Hilt, España 1983

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ANEXOS

Gráfico 7.5.5-1

Vías de la biosíntesis de histidina. RPPP = ribosa trifosfato; RP = ribosa 5-fosfato; PP i= pirofosfato; P = ortofosfato. Las enzimas que catalizan las reaccionet se indican con números adyacentes a las flechas: 1 = ATP fosforibosil transfcrasa; 2 = pirofosfohidrolasa; 3 = fosforibosil-AMP ciclohidrolasa; 4 = fosforibosil formimino-3-aminoimidazol carboxamida ribonucleótido isomerasa; 5 = glutamina amidotransfcrasa; 6 = imidazol glicerol fosfato deshidratasa; 7 = l-histidolfosfato-glutamato aminotransferasa; 8 = histidinol fosfato fosfatasa; 9 = histidinol deshidrogenasa.

 

Gráfica 7.6.2-1

 

Gráfica 7.6.2-2

GRAFICO 7.6.2-3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gráfico 7.7-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GRAFICO 7.7-2

 

 

Gráfico 7.8.2-1

 

 

 


GRAFICO 7.8.2-2

 

Gráfico 7.8.2-3

Gráfico 7.8.2-4

 

 

GRAFICA 7.9-1

Gráfico 7.9.2-1

Gráfico 7.9.2-2

 

Gráfico 7.9.2-3

TABLAS

TABLA 7.6.2-1

 

 

Juan Sebastián Ramírez

 


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