- Resumen
- Vias
anabolicas - Asimilacion de
amoniaco - Asimilacion de
sulfato - Biosintesis de
carbohidratos - Biosintesis de
amoniaco - Biosisntesis de lipidos y acidos
grasos - Biosistesis de
fosfolipidos - Biosintesis de acidos
nucleicos - Biosintesis de
vitaminas - Conclusiones
- Referencias
bibliográficas - Anexos
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.
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.
7.1.1.1 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.
7.2.1 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.
7.3.1 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.
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.
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 |
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
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.
- 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 - 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. - 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
-cetoacilenzima , acompañada de
descarboxilación.- condensación de un acil-CoA saturado "primer"
(acetil, propionil, butiril, etc., CoA) para formar
β - Reducción con trifosfopiridin-nucleótido
r e d u c e do (TPNH) a β-hidroxiacilenzima; - deshidratación de esta
última; - reducción con trifosfopiridin-nucleótido
reducido a la acilenzima saturada; - 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.
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)
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.
- 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 - 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. - 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. - 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 - 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. - 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. - 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.
- 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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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
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Gráfico 7.8.2-1
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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