Unidad_IV_Bioquimica - Gimnasio Virtual San Francisco Javier

GIMNASIO VIRTUAL SAN FRANCISCO JAVIER
“Valores y Tecnología para la Formación Integral del Ser Humano”
UNIDAD IV
BIOQUÍMICA I: MOLÉCULAS
BIOLÓGICAS
COMPETENCIAS E
INDICADORES DE
DESEMPEÑO
•Determina la relación de la biología y la química en los seres
vivos enumerando las propiedades del carbono al realizar
fórmulas químicas.
•Clasifica las biomoléculas de acuerdo a su estructura y
función para discernir sobre su diversidad en las células y los
organismos multicelulares.
•Argumenta la importancia de las enzimas en el metabolismo
de los seres vivos.
•Comprende la importancia de las biomoléculas y los
biocompuestos en el metabolismo de los seres vivos para
identificar causas y efectos de sus desequilibrios.
Estructura de Carbohidratos
Los carbohidratos o hidratos de carbono son macronutrientes que representan alrededor del 50% del valor
calórico de la dieta. A partir de ellos, las células obtienen la energía suficiente para un correcto
funcionamiento orgánico.
Composición de los carbohidratos
Los hidratos de carbono están formados por moléculas de carbono, hidrogeno y oxígeno.
Estructura química de los carbohidratos
Si bien su fórmula general es (CH2O)n, la estructura química de los carbohidratos dependerá del tipo de
azúcar de que se trate.


Poseen 4, 5, 6 carbonos.
Estos sacáridos se distinguen por la orientación de los grupos hidroxilos (-OH). Esto le brinda
propiedades químicas y organolépticas especiales.
Química
Unidad 4
Monosacáridos
Undécimo 1
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
Dentro de los monosacáridos pueden encontrarse los de forma lineal y los de forma anular. La
fructosa es un ejemplo de ellos.
Disacáridos

Dentro de este grupo encontramos la sacarosa, maltosa o lactosa. Estos se forman por la unión de
diferentes monosacáridos, los cuales se encuentran unidos en carbonos específicos de cada
molécula.
Polisacáridos


Estos representan la fuente de reserva de hidratos de carbono simples. Son estructuras más
complejas formadas por varias uniones de diferentes sacáridos. Por ejemplo el almidón es una
mezcla de amilasa y amilopectina, pero a su vez la amilasa posee entre 200 a 20.000 unidades de
glucosa que se despliegan en forma de hélix.
Dentro de este grupo también se puede mencionar a la celulosa, un polímero de cadenas largas sin
ramificaciones de B-D-Glucosa, la cual presenta estructuras rígidas
Las fórmulas de los hidratos de carbono se van convirtiendo en más complejas de acuerdo a la cantidad de
sacáridos que contengan, y de esto dependerá su función específica.
Los monosacáridos y disacáridos son de fácil absorción y son rápidamente metabolizados por las células.
En cambio los polisacáridos, en sus diferentes versiones, son más difíciles de digerir y por ende, de absorber,
ya que son estructuras más complejas formadas por mucho azúcares simples.
Estructura de Lípidos
Al ser este grupo de compuestos tan heterogéneo resulta difícil realizar su clasificación aunque podemos
dividirlos en tres grandes grupos: simples, isoprenoides y complejos. Dentro del grupo de los simples se
encuentran todos aquellos lípidos cuya estructura es unitaria o que son ésteres; los isoprenoides son lípidos
que derivan de la estructura del isopreno, mientras que los complejos están formados por dos o más
componentes claramente diferenciados, en la que uno de los componentes presenta características de lípido.

Lipidos Simples
Dentro de este grupo de lípidos están los ácidos grasos, ceras, acilgliceroles o grasas neutras.
Lípidos Grasos
Los ácidos grasos son ácidos monocarboxílicos, que pueden encontrarse libres aunque normalmente suelen
encontrarse formando parte de otros lípidos. Los ácidos grasos responden a la fórmula general R–COOH,
donde R es una cadena carbonada de estructura muy variada (lineal, ramificada, alicíclica) y que puede
Química
Unidad 4

Undécimo 2
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presentar dobles enlaces. Según el número de dobles enlaces los lípidos se clasifican en ácidos grasos
saturados (Saturate Fatty Acids –SFA–), ácidos grasos monoinsaturados (Mono-Unsaturate Fatty Acids –
MUFA–) y ácidos grasos poliinsaturados (Poly-Unsaturate Fatty Acids –PUFA–).

Lípidos Isoprenoides
Este grupo de lípidos se caracteriza por ser derivados del isopreno:
A partir de la condensación de varias unidades de isopreno activo (isopreno fosforilado) se sintetizan los
diferentes lípidos isoprenoides. Cada dos unidades de isopreno dan lugar a un terpeno, de manera que hay
monoterpenos, sesquiterpenos, diterpenos, etc. según contengan, respectivamente, dos, tres, cuatro, etc.
isoprenos. Entre ellos, además, los hay acíclicos, ramificados y cíclicos, que pueden contener otros grupos
funcionales (cetona, alcohol).

Lípidos Complejos
Los lípidos compuestos son aquellos cuya molécula presenta dos o más componentes claramente
diferenciados. de los cuales uno de ellos una vez separado presenta propiedades de lípidos. Dentro de este
grupo están los fosfolípidos y los glucolípidos.
Fosfolípidos
Este grupo de lípidos se caracteriza por presentar el grupo fosfato en su estructura esterificado con un
alcohol, dependiendo del alcohol tenemos dos grupos de fosfolípidos: fosfoacilgliceroles (glicerol) o
esfingomielinas (esfingosina).
sn-glicerol-3-fosfato
Química
Unidad 4
Los fosfolípidos de glicerol o fosfoacilgliceroles son lípidos de membrana que presentan en su estructura
glicerol que se encuentra esterificado con ácido fosfórico y ácidos grasos.
Undécimo 3
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Estructura de Proteínas
Las proteínas son biopolímeros (macromoléculas orgánicas), de elevado peso molecular, constituidas
básicamente por carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O) y nitrógeno (N); aunque pueden contener también
azufre (S) y fósforo (P) y, en menor proporción, hierro (Fe), cobre (Cu), magnesio (Mg), yodo (Y), entre otros
elementos.
Estos elementos químicos se agrupan para formar unidades estructurales (monómeros) llamados
aminoácidos (aa), a los cuales se consideran como los "ladrillos de los edificios moleculares proteicos".
Estos edificios macromoleculares se construyen y desmoronan con gran facilidad dentro de las células, y a
ello debe precisamente la materia viva su capacidad de crecimiento, reparación y regulación.
La unión de un bajo número de aminoácidos da lugar a un péptido; si el número de aa que forma la molécula
no es mayor de 10, se denomina oligopéptido; si es superior a 10, se llama polipéptido y si el número es
superior a 50 aa, se habla ya de proteína.

Estructura primaria
La estructura primaria es la secuencia de aminoácidos de la proteína. Nos indica qué aminoácidos componen
la cadena polipeptídica y el orden en que dichos aminoácidos se encuentran. La función de una proteína
depende de su secuencia y de la forma que ésta adopte.

Estructura secundaria
Química
Unidad 4
La estructura secundaria es la disposición de la secuencia de aminoácidos en el espacio. Los aminoácidos, a
medida que van siendo enlazados durante la síntesis de proteínas y gracias a la capacidad de giro de sus
enlaces, adquieren una disposición espacial estable, la estructura secundaria.
Undécimo 4
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Existen dos tipos de estructura secundaria:
La a (alfa) - hélice
Esta estructura se forma al enrollarse helicoidalmente sobre sí misma la estructura primaria.
Se debe a la formación de enlaces de hidrógeno entre el -C=O de un aminoácido y el NH- del cuarto aminoácido que le sigue.

La conformación beta
En esta disposición los aminoácidos no forman una hélice sino una cadena en forma de
zigzag, denominada disposición en lámina plegada.
Presentan esta estructura secundaria la queratina de la seda o fibroína.

Estructura terciaria
La estructura terciaria informa sobre la disposición de la estructura secundaria de un
polipéptido al plegarse sobre sí misma originando una conformación globular.
En definitiva, es la estructura primaria la que determina cuál será la secundaria y por tanto la terciaria.
Esta conformación globular facilita la solubilidad en agua y así realizar funciones de transporte,
enzimáticas, hormonales, etc.
Esta conformación globular se mantiene estable gracias a
la existencia de enlaces entre los radicales R de los
aminoácidos. Aparecen varios tipos de enlaces:
Química
Unidad 4
a. El puente disulfuro entre los radicales
de aminoácidos que tienen azufre.
b. Los puentes de hidrógeno.
c. Los puentes eléctricos.
d. Las interacciones hidrófobas.
Undécimo 5
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
Estructura cuaternaria
Esta estructura informa de la unión, mediante enlaces débiles (no
covalentes) de varias cadenas polipeptídicas con estructura terciaria, para
formar un complejo proteico. Cada una de estas cadenas polipeptídicas
recibe el nombre de protómero.
El número de protómeros varía desde dos, como en la hexoquinasa;
cuatro, como en la hemoglobina, o muchos, como la cápsida del virus
de la poliomielitis, que consta de sesenta unidades proteicas.
Funciones y ejemplos de proteínas
Las proteínas determinan la forma y la estructura de las células y dirigen casi todos los procesos vitales. Las
funciones de las proteínas son específicas de cada una de ellas y permiten a las células mantener su
integridad, defenderse de agentes externos, reparar daños, controlar y regular funciones, entre otras.
Química
Unidad 4
Todas las proteínas realizan su función de la misma manera: por unión selectiva a moléculas. Las proteínas
estructurales se agregan a otras moléculas de la misma proteína para originar una estructura mayor. Sin
embargo, otras proteínas se unen a moléculas distintas: los anticuerpos, a los antígenos específicos; la
hemoglobina, al oxígeno; las enzimas, a sus sustratos; los reguladores de la expresión genética, al ADN; las
hormonas, a sus receptores específicos
Undécimo 6
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Estructura de Ácidos Nucleícos
Los ácidos nucleícos consisten en subunidades de nucléotidos que son unidades moleculares consistentes
en:



Un azúcar de cinco carbonos sea la ribosa o la desoxiribosa
Un grupo fosfato
Una base nitrogenada que es un compuesto anular que contiene nitrógeno pudiendo ser una purina
de doble anillo.
Las bases púricas son la adenina (A) y guanina (G) y las pirimidinas son la citosina (C), timina (T) y uracilo (U)
El ADN contiene las purinas adenina y guanina y las pirimidinas citosina y timina y el azúcar desoxirribosa y el
grupo fosfato.
El RNA contiene adenina, guanina , citosina y el uracilo en lugar de la timina del DNA, así como el azúcar
ribosa y el grupo fosfato.
La unión entre una de estas bases nitrogenadas y la pentosa constituye un nucleósido
Las moléculas de ácidos nucleicos se componen de cadenas lineales de nucleótidos, unidos por enlaces de
fosfodiéster, cada uno consiste en un grupo fostato y los enlaces covalentes que lo unen a los azúcares de
nucleótidos adyacentes
El DNA consiste de dos cadenas de nucleótidos enrolladas una alrededor de la otra en una doble hélice.
Estas cadenas han sido arregladas de modo de escalera. La molécula de la desoxirribosa ocupa la posición
central en el nucleótido teniendo a un lado un grupo fosfato y al otro una base nitrogenada. El grupo fosfato
de cada nucleótido está también ligada a la desoxiribosa del nucleótido adyacente de la cadena. Estas
subunidades de desoxirribosa fosfato forman los lados parelos de la escalera.
Química
Unidad 4
Los dos filamentos de la hélice del ADN, presentan complementariedad debido a su afinidad química de
manera que frente a un nucleótido de adenina se encuentra siempre uno de timina, frente a uno de citosina
otro de guanina, que establecen entre ellos dos y tres puentes de hidrógeno
Undécimo 7
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DOBLE HÉLICE DEL DNA ESCALERA CRUZADA DE DNA
El RNA se encuentra principalmente fuera del núcleo celular aunque su síntesis tiene lugar a partir del ADN .
Existen tres tipos de ARN: El mensajero, el ribosómico y el de transferencia
El RNA está formado por subunidades ribonucleotídicas unidas por enlaces 5´ - 3´ como los del DNA . Tres de
las bases nitrogenadas, adenina, guanina y citosina, son las mismas que en el DNA. Sin embargo , en lugar
de timina el RNA tiene uracilo el cual se aparea con la adenina. Los cuatro nucleótidos contienen el azúcar de
cinco carbonos ribosa, que tiene un grupo hidroxilo en el átomo de carbono 2´.
Estructura de Vitaminas

LIPOSOLUBLES: se disuelven en grasas y aceite. Se almacenan en el hígado y en los tejidos grasos,
debido a que se pueden almacenar en la grasa del cuerpo no es necesario consumirlas a diario.

HIDROSOLUBLES: se disuelven en agua. A diferencia de las liposolubles, estas no se almacenan en el
organismo, por eso se deben consumir más regularmente.
VITAMINAS HIDROSOLUBLES
Vitamina B1 o tiamina
Vitamina B2 o riboflavina
Vitamina B3 o ácido nicotínico
Vitamina B5 o ácido pantoténico
Vitamina B6 o piridoxina
Vitamina B8 o biotina
Vitamina B9 o ácido fólico
Vitamina B12 o cianocobalamina
Vitamina C o ácido ascórbico
Vitamina H o biotina
Química
Unidad 4
VITAMINAS LIPOSOLUBLES
Vitamina A o retinol
Vitamina D o calciferol
Vitamina D2 o ergocalciferol
Vitamina D3 o colecalciferol
Vitamina E o tocoferol
Vitamina K o antihemorrágica
Undécimo 8
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Estructura de Hormonas
Una hormona es una sustancia química secretada en los lípidos corporales, por una célula o un grupo
de células que ejerce un efecto fisiológico sobre otras células del organismo".
"Las hormonas son sustancias químicas producidas por el cuerpo que controlan numerosas funciones
corporales"( DEBUSE N. Lo esencial en Sistema endocrino y aparato reproductor. Cursos "Crash" de
Mosby. Harcourt-Brace. 1998.). Las hormonas actúan como "mensajeros" para coordinar las funciones
de varias partes del cuerpo. La mayoría de las hormonas son proteínas que consis ten de cadenas de
aminoácidos. Algunas hormonas son esteroides, sustancias grasas producidas a base de colesterol.
Las hormonas van a todos lugares del cuerpo por medio del torrente sanguíneo hasta llegar a su lugar
indicado, logrando cambios como aceleración del metabolismo, aceleración del ritmo cardíaco,
producción
de
leche,
desarrollo
de
órganos
sexuales
y
otros.
El sistema hormonal se relaciona principalmente con diversas acciones metabólicas del cuerpo humano
y controla la intensidad de funciones químicas en las células. Algunos efectos hormonales se producen
en segundos, otros requieren varios días para iniciarse y durante semanas, meses, incluso años.
BIOQUÍMICA II: METABOLISMO
Las enzimas son un tipo de proteínas de función catalítica que regulan las reacciones químicas en los seres
vivos. Las enzimas hacen posible que a las temperaturas habituales de los organismos las reacciones las
Química
Unidad 4
El Papel de las Enzimas
Undécimo 9
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reacciones biológicas puedan desarrollarse a mucha mayor velocidad. Intervienen en estas reacciones en
muy pequeñas concentraciones, ya que no se consumen ni se alteran durante la reacción.
Atendiendo a sus componentes se distinguen dos grupos:

Enzimas constituidos exclusivamente por aminoácidos (todo proteico)

Enzimas constituidas por aminoácidos y una sustancia de naturaleza no proteica llamada grupo
prostético. La necesidad de este grupo prostético se debe a que su centro activo carece de los
grupos funcionales apropiados para la actividad que debe realizar. Los grupos prostéticos reciben el
nombre de coenzimas cuando son moléculas orgánicas, generalmente de naturaleza compleja, que
se unen a la parte proteica por medio de enlaces covalentes (débiles). Así, por ejemplo, muchos
coenzimas son vitaminas del grupo B. También actúan como coenzima los grupos HEMO, por
ejemplo: hemoglobina y los citocromos. Otras veces el grupo prostético está constituido por iones
minerales. Ej.: Mg, Zn, Cu, en este caso reciben el nombre de cofactores.
Propiedades de los coenzimas
Los coenzimas presentan dos propiedades básicas:

Especificidad: la actividad enzimática es especifica ya que una determinada enzima tan solo
cataliza un determinado tipo de transformación (especificidad de acción) de un determinado sustrato
(especificidad de sustrato). Ej.: la sacarasa solamente cataliza la hidrólisis de la sacarosa. Esto se
debe a que la unión entre enzima y sustrato se produce según el modelo de Fischer, llave cerradura. Más recientemente el modelo de ajuste inducido por Kohsland compara esta unión
existente entre una mano y un guante: la enzima gracias a su naturaleza proteica puede adaptarse a
la forma del sustrato. Así mismo, la mayoría de las reacciones catalizadas por enzimas son
reversibles, aunque algunas son irreversibles.

Eficacia: la gran eficacia de la acción enzimática se manifiesta en la elevada velocidad de reacción
que se consigue incluso a concentraciones enzimáticas bajas, ello es debido a que tras la fijación
enzima sustrato las cadenas laterales de los aminoácidos del centro activo crean las condiciones
fisicoquímicas necesarias para la transformación del sustrato en producto.
La actividad enzimática puede ser alterada por factores físicos o químicos y por ello todas las enzimas actúan
dentro de un intervalo óptimo de temperatura y PH fuera del cual su actividad disminuye.
Temperatura: a temperaturas elevadas las enzimas se desnaturalizan. Esto es debido a que se
rompen los enlaces débiles que mantienen la estructura terciaria y secundaria, y, por tanto, pierde su
conformación y no puede actuar.
A temperaturas bajas no existe la Energía cinética suficiente para formar el complejo enzima
sustrato, por lo que tampoco pueden actuar.
Química
Unidad 4

Undécimo 10
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
PH: todas las enzimas actúan dentro de un intervalo optimo de PH. Fuera de este no actúan o lo
hacen muy lentamente. Ello se debe a que el PH del medio es el responsable de que los grupos
funcionales de los radicales aminoácidos de la cadena polipeptídica que forman la enzima posean
carga neutra o estén cargados positiva o negativamente. Las interacciones entre estos grupos son
fundamentales para mantener la estructura tridimensional de la enzima y por lo tanto, hacer posible
su función. El cambio de PH modifica las cargas eléctricas de estos grupos funcionales y puede legar
a producir un cambio en su conformación que si es muy grande pude provocar su desnaturalización.
Digestión Química y Absorción de Nutrientes
Un alimento es realmente incorporado al organismo después de ser digerido, es decir, degradado física y
químicamente para que sus componentes puedan ser absorbidos, es decir, pueda atravesar la pared del
aparato digestivo y pasar a la sangre (o a la linfa).
Antes de que todos estos componentes puedan ser utilizados o metabolizados, los alimentos deben sufrir en
el cuerpo diversos cambios físicos y químicos que reciben el nombre de digestión y que los hacen
"absorbibles", aunque no siempre es necesario que se produzca algún cambio para que el componente se
absorba. Por ejemplo, el agua, los minerales y ciertos hidratos de carbono se absorben sin modificación
previa.
Los alimentos que consumimos son químicamente complejos y deben ser reducidos por el organismo a
formas químicas simples para poder ser absorbidas por las vellosidades intestinales y transportadas por la
sangre hasta las células. Estas sustancias son llamadas Nutrientes, nos proveen de energia y sustancias
indispensables para construir y mantener la vida humana. Una vez que los Nutrientes son asimilados, se
producen en el organismo una serie de sustancias (residuos metabólicos) que podrían ser nocivas para la
salud y es por ello que tienen que ser eliminadas del mismo.
Por lo anterior debemos entender entonces que en nuestro organismo se llevan a cabo dos importantes
funciones conocidas simplemente como Asimilación y Eliminación.
La Digestión es el proceso por medio del cual el cuerpo humano puede llevar a cabo una serie de cambios
físicos y químicos a los alimentos que consumimos sintetizándolos en preparación para la absorción en el
intestino delgado y ser distribuidos por la sangre para ser metabolizados y asimilados. El sistema digestivo
también actúa como un sistema de eliminación por medio de las heces fecales. Otros medios de eliminación
son la orina, el sudor y la respiración.
Química
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Los materiales activos presentes en los jugos digestivos que ayudan a reducir (sintetizar) químicamente la
comida se llaman enzimas; estas son capaces de reducir o dividir los alimentos que comemos en pequeñas
porciones absorbibles y asimilables por el organismo.
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Integración Metabólica
Ciclo de Krebs
1. Citrato sintasa (De oxalacetato a citrato)
El sitio activo de la enzima, activa el acetil-CoA para hacerlo afín a un centro carbonoso del oxalacetato.
Como consecuencia de la unión entre las dos moléculas, el grupo tioéster (CoA) se hidroliza, formando así la
molécula
de
citrato.
La reacción es sumamente exoergónica (ΔG'°=-31.4 kJ/mol), motivo por el cual este paso es irreversible. El
citrato producido por la enzima, además, es capaz de inhibir competitivamente la actividad de la enzima.
Incluso estando la reacción muy favorecida (porque es exoergónica), la citrato sintasa puede ser
perfectamente regulada. Este aspecto tiene una notable importancia biológica, puesto que permite una
completa regulación del ciclo de Krebs completo, convirtiendo a la enzima en una especie de marcapasos del
ciclo.
Reacción 2: Aconitasa (De citrato a isocitrato)
En el sitio activo de la enzima está presente un clúster hierro-azufre que, junto a algunos residuos de
aminoácidos polares, liga el sustrato. En concreto, la unión al sustrato se asegura por la presencia de un resto
de serina, de arginina, de histidina y de aspartato, que permiten sólo la unión estereospecifica del citrato
1R,2S, rechazando la forma opuesta.
Química
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La aconitasa cataliza la isomerización del citrato a isocitrato,
por la formación de cis-aconitato. La enzima cataliza también
la reacción inversa, pero en el ciclo de Krebs tal reacción es
unidireccional a causa de la ley de acción de masa: las
concentraciones (en condiciones estándar) de citrato (91%),
del intermediario cis-aconitato (3%) y de isocitrato (6%), empujan
decididamente la reacción hacia la producción de isocitrato.
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Reacción 3: Isocitrato deshidrogenasa (De isocitrato a oxoglutarato)
La isocitrato deshidrogenasa mitocondrial es una enzima
dependiente de la presencia de NAD+ y de Mn2+ o Mg2+. Inicialmente,
la enzima cataliza la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato, lo que
genera una molécula de NADH a partir de NAD+. Sucesivamente, la
presencia de un ión bivalente, que forma un complejo con los
oxígenos del grupo carboxilo en posición alfa, aumenta la
electronegatividad de esa región molecular. Esto genera una
reorganización de los electrones en la molécula, con la consiguiente rotura de la unión entre el carbono en
posición gamma y el grupo carboxilo adyacente. De este modo se tiene una descarboxilación, es decir, la
salida de una molécula de CO2, que conduce a la formación de α-cetoglutarato, caracterizado por dos
carboxilos en las extremidades y una cetona en posición alfa con respecto de uno de los dos grupos
carboxilo.
Reacción 4: α-cetoglutarato deshidrogenasa (De oxoglutarato a Succinil-CoA)
Después de la conversión del isocitrato en α-cetoglutarato se produce una
segunda reacción de descarboxilación oxidativa, que lleva a la formación
de succinil CoA. La descarboxilación oxidativa del α-chetoglutarato es
muy
parecida
a
la
del
piruvato,
otro
α-cetoácido.
Ambas reacciones incluyen la descarboxilación de un α-cetoácido y la consiguiente producción de una unión
tioéster a alta energía con la coenzima A. Los complejos que catalizan tales reacciones son parecidos entre
ellos.
La α-cetoglutarato deshidrogenasa (o, más correctamente, oxoglutarato deshidrogenasa), está compuesta de
tres enzimas diferentes:
Química
Unidad 4
* Subunidad E1: las dos cetoglutarato deshidrogenasas.
* Subunidad E2: la transuccinilasa.
(La subunidad E1 y E2 presentan una gran homología con las de la piruvato deshidrogenasa.)
* Subunidad E3: la dihidrolipoamida deshidrogenasa, que es el mismo polipéptido presente en el otro
complejo enzimático.
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Reacción 5: Succinil-CoA sintetasa (De Succinil-CoA a succinato)
El succinil-CoA es un tioéster a alta energía (su ΔG°′ de hidrólisis está
en unos -33.5 kJ mol-1, parecido al del ATP que es de -30.5 kJ mol-1).
La citrato sintasa se sirve de un intermediario con tal unión a alta
energía para llevar a cabo la fusión entre una molécula con dos
átomos de carbono (acetil-CoA) y una con cuatro (oxalacetato). La
enzima succinil-CoA sintetasa se sirve de tal energía para fosforilar un
nucleósido difosfato purinico como el GDP.
La energía procedente del tioéster viene convertida en energía ligada a una unión fosfato. El primer paso de
la reacción genera un nuevo intermediario a alta energía, conocido como succinil fosfato. Sucesivamente, una
histidina presente en el sitio catalítico remueve el fosfato de la molécula glucídica, generando el producto
succinato y una molécula de fosfohistidina, que dona velozmente el fosfato a un nucleósido difosfato,
recargándolo a trifosfato. Se trata del único paso del ciclo de Krebs en el que se produce una fosforilación a
nivel de sustrato.
El GTP está implicado principalmente en las rutas de transducción de señales, pero su papel en un proceso
energético como el ciclo de Krebs es, en cambio, esencialmente trasladar grupos fosfato hacia el ATP, en una
reacción catalizada por la enzima nucleósido difosfoquinasa.
Reacción 6: Succinato deshidrogenasa (De succinato a fumarato)
La parte final del ciclo consiste en la reorganización de moléculas a cuatro
átomos de carbono hasta la regeneración del oxalacetato. Para que eso sea
posible, el grupo metilo presente en el succinato tiene que convertirse en un
carbonilo. Como ocurre en otras rutas, por ejemplo en la beta oxidación de los
ácidos grasos, tal conversión ocurre mediante tres pasos: una primera oxidación,
una hidratación y una segunda oxidación. Estos tres pasos, además de
regenerar oxalacetato, permiten la extracción ulterior de energía mediante la
formación de FADH2 y NADH.
El complejo enzimático también es el único del ciclo que pasa dentro de la membrana mitocondrial. Tal
posición se debe a la implicación de la enzima en la cadena de transporte de los electrones. Los electrones
Química
Unidad 4
La primera reacción de oxidación es catalizada por el complejo enzimático de la succinato deshidrogenasa, la
única enzima del ciclo que tiene como aceptor de hidrógeno al FAD en vez de al NAD+. El FAD es enlazado
de modo covalente a la enzima por un residuo de histidina. La enzima se vale del FAD ya que la energía
asociada a la reacción no es suficiente para reducir el NAD+.
Undécimo 14
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pasados sobre el FAD se introducen directamente en la cadena gracias a la unión estable entre la enzima y el
cofactor mismo.
Reacción 7: Fumarasa (De fumarato a L-malato)
La fumarasa cataliza la adición en trans de un protón y un grupo OHprocedentes de una molécula de agua. La hidratación del fumarato produce
L-malato.
Reacción 8: Malato deshidrogenasa (De L-malato a oxalacetato)
La última reacción del ciclo de Krebs consiste en la oxidación del
malato a oxalacetato. La reacción, catalizada por la malato
deshidrogenasa, utiliza otra molécula de NAD+ como aceptor de
hidrógeno, produciendo NADH.
La energía libre de Gibbs asociada con esta última reacción es
decididamente positiva, a diferencia de las otras del ciclo. La
actividad de la enzima es remolcada por el consumo de oxalacetato
por parte de la citrato sintasa, y de NADH por parte de la cadena de
transporte de electrones.
Para el ser humano, así como para otros muchos organismos, los alimentos representan la fuente que puede
cubrir las necesidades energéticas inmediatas, a la vez que transformarse en una reserva de nutrientes y
energía que las células de los diferentes tejidos puedan utilizar en periodos de ayuno o restricción de aporte
exógeno de nutrientes.
Tanto las rutas catabólicas como las anabólicas se suceden en tres niveles. En el nivel 1, se produce la
interconversión entre las macromoléculas complejas (proteínas, ácidos nucleícos, polisacáridos y lípidos) y las
moléculas sencillas, monoméricas (aminoácidos, nucleótidos, azúcares, ácidos grasos y glicerol). En el nivel 2
tiene lugar la interconversión de los monómeros y compuestos orgánicos más sencillos (piruvato y acetilCoA).
Finalmente, en el nivel 3, se lleva a cabo la degradación de estos intermediarios metabólicos a compuestos
Química
Unidad 4
El metabolismo, definido como el conjunto de reacciones que proporciona un aporte continuo de sustratos
para el mantenimiento de la vida, incluye procesos catabólicos y anabólicos. En las rutas catabólicas se libera
energía, parte de la cual se transforma en trifosfato de adenosina (ATP) y se recoge en nucleótidos reducidos
(NADH, NADPH y FADH2). Las reacciones anabólicas necesitan un aporte energético que usualmente lo
proporciona la hidrólisis del ATP, molécula que es transportadora universal de energía metabólica y que
también es el poder reductor necesario, suministrado por los nucleótidos reducidos.
Undécimo 15
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inorgánicos (CO2, H2O y NH3) o la utilización de estos precursores para la síntesis de las diferentes
biomoléculas.
Los organismos vivos deben coordinar estas vías metabólicas para sobrevivir en etapas deficitarias y en
aquellas otras en las que la disponibilidad de energía excede las necesidades inmediatas de la misma.
Química
Unidad 4
Entre los principales factores que controlan el flujo a través de las vías metabólicas se incluyen: a)
disponibilidad de sustratos; b) regulación de la actividad enzimática (alostérica y/o por modificación
covalente); y c) regulación de la concentración de moléculas enzimáticas activas. Las variaciones en estos
parámetros están, a menudo, ligadas a la presencia en el torrente circulatorio de hormonas que constituyen
una señal que, simultáneamente, detectan células distribuidas en órganos y tejidos diversos y que, en
definitiva, dirigen la integración metabólica del organismo completo.
Undécimo 16