Bioquímica estructural

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Bioquímica estructural Conceptos y Tests

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© Editorial Tébar. Prohibida la reproducción sin la autorización expresa de la editorial

Bioquímica estructural Conceptos y Tests 2ª edición AUTORES José María Teijón Rivera Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Medicina, Universidad Complutense de Madrid. Doctor en Ciencias Químicas. Académico de la Real Academia de Doctores de España. Amando Garrido Pertierra Catedrático de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Veterinaria, Universidad Complutense de Madrid. Doctor en Ciencias Químicas y en Farmacia. Académico de la Real Academia de Doctores de España, y de la Real Academia de Farmacia. María Dolores Blanco Gaitán Profesora Titular de Universidad de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Medicina, Universidad Complutense de Madrid. Doctora en Ciencias Biológicas.

Rosa Olmo López Profesora Contratada Doctor de Bioquímica y Biología Molecular, Facultad de Medicina, Universidad Complutense de Madrid. Doctora en Ciencias Químicas. César Teijón López Profesor Contratado Doctor de Bioquímica, Escuela de Enfermería, Fisioterapia y Podología, Universidad Complutense de Madrid. Doctor en Medicina y Cirugía.

COLABORADORES Carmen Agrasal Aragón Doctora en Farmacia. Belén Castel Segui Médico Adjunto del Hospital Universitario Son Dureta, Palma de Mallorca.

COORDINACIÓN Y DIRECCIÓN CIENTÍFICA José María Teijón Rivera y Amando Garrido Pertierra

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Datos de catalogación bibliográfica: Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests 2ª edición José Mª Teijón Rivera y Amando Garrido Pertierra EDITORIAL TÉBAR, S.L., Madrid, año 2009 ISBN digital: 978-84-7360-458-1 Materias:   577, Bioquímica Formato: 165 × 240 mm          Páginas: 386

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Todos los derechos reservados. Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con la autorización expresa de Editorial Tébar. La infracción de estos derechos puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y siguientes del Código Penal). Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests 2ª edición: 2009 © 2009 Editorial Tébar, S.L. C/ de las Aguas, 4 28005 Madrid (España) Tel.: 91 550 02 60 Fax: 91 550 02 61 [email protected] www.editorialtebar.com ISBN digital: 978-84-7360-458-1 Diseño editorial: Rebeca Irazábal

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Prólogo Adaptado en 2009 a los nuevos estudios, licenciaturas y grados de los nuevos planes univesritarios, el presente libro recoge de forma actualizada los aspectos más destacados de la Bioquímica en relación con la estructura, propiedades físico-químicas y funcionales de las moléculas biológicas. Con la debida concisión y la ayuda de figuras y esquemas imprescindibles se aborda el estudio de todo el espectro de la Bioquímica Estructural. El libro consta de ocho bloques temáticos y 545 preguntas-tests con sus correspondientes respuestas razonadas. Se han incorporado por tanto más de 100 nuevas preguntas tests respecto a ediciones anteriores, actualizando el espectro de los temas tratados. Este libro no pretende ser un tratado o compendio amplio de Bioquímica Estructural, es decir, una obra extensa de Bioquímica con gran acumulación de datos; su fin es familiarizar al estudiante universitario de esta disciplina, y alentarle a que se ejercite para la adecuada realización de exámenes en los que se plantean preguntas tipo tests. Para ello cada bloque temático, que consta de una media de 70 preguntas-tests seguidas de las contestaciones razonadas, va precedido de la parte teórica necesaria e imprescindible, a modo de introducción en el tema, y de la forma más concisa posible. Es por tanto esta obra un libro de ejercicios o de prácticas para acostumbrar al estudiante a preparar los exámenes. Con esta concepción este libro aspira también a cumplir el objetivo de convertirse en un medio didáctico para aquellos licenciados en Biología, Farmacia, Medicina y Química, que desean preparar oposiciones a plazas de Interno-Residentes de Hospitales de la Seguridad Social. De manera paralela a estos libros de Conceptos y Tests, Editorial Tébar ha desarrollados los tomos de Fundamentos de Bioquímica, tanto Metabólica como Estructural, que desarrolla de manera pormenorizada los conceptos teóricos de la Bioquímica. Al final de esta obra se recomienda también un conjunto de libros a consultar por aquellos alumnos o licenciados interesados en ampliar conocimientos. Igualmente se incluyen en el libro unas tablas de constantes químicas, físico-químicas y bioquímicas, que pudieran ser útiles en algún momento para la resolución de algún problema práctico.

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Los autores y colaboradores, así como los directores científicos de esta obra agradecerán los comentarios, críticas y sugerencias de profesores, licenciados y estudiantes que hagan uso de este libro, y desean que el manejo, consulta y estudio del mismo sea del máximo provecho para los fines previstos.

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Índice Bloque 1. Agua y tampones fisiológicos .................................................... Agua ............................................................................................... Tampones fisiológicos . .................................................................... Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

11 11 17 34 47

Bloque 2. Proteínas . ..................................................................................... 57 Definición, concepto y significación biológica . ................................. 57 Características generales .................................................................. 57 Aminoácidos: sus clases y propiedades generales ............................. 58 Niveles de organización estructuralde la molécula proteica ............... 73 Propiedades químicas de las soluciones proteicas. Solubilidad. Precipitación .............................................................................. 88 Clasificación de proteínas ................................................................ 92 Preguntas test . ................................................................................ 96 Respuestas razonadas ...................................................................... 111 Bloque 3. Proteínas funcionales . ................................................................ Proteínas plasmáticas ...................................................................... Hemoglobina y mioglobina . ............................................................ Proteínas musculares ....................................................................... Escleroproteínas .............................................................................. Proteínas nucleares . ........................................................................ Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

123 123 134 137 141 144 147 161

Bloque 4. Ácidos nucleicos ......................................................................... Ácidos nucleicos. Composición. Bases nitrogenadas. Nucleósidos. Nucleótidos. DNA: Estructura y propiedades. RNA: Estructura y propiedades. Nucleasas .............................................................. Bases nitrogenadas . ........................................................................ Osas ............................................................................................... Nucleósidos . ................................................................................... Nucleótidos ..................................................................................... Ácido Desoxirribonucleico (DNA) . ................................................... Ácido Ribonucleico (RNA) ............................................................... Nucleasas . ...................................................................................... Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

171

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171 172 174 174 176 178 182 186 189 201

Bloque 5. Glúcidos ....................................................................................... Concepto y clasificación .................................................................. Enantiómeros .................................................................................. Isomerías . ....................................................................................... Derivados de monosacáridos ........................................................... Oligosacáridos . ............................................................................... Disacáridos de interés biológico ....................................................... Polisacáridos ................................................................................... Mucopolisacáridos ........................................................................... Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

209 209 210 213 216 220 220 222 224 226 241

Bloque 6. Estructura de lípidos . ................................................................. Definición y funciones biológicas ..................................................... Clasificación . .................................................................................. A) Lípidos saponificables o complejos ........................................ B) Lípidos insaponificables o sencillos . ...................................... Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

251 251 252 252 265 281 294

Bloque 7. Enzimología . ................................................................................ Conceptos teóricos .......................................................................... Cinética enzimática . ........................................................................ Inhibición enzimática ....................................................................... Enzimas reguladores ........................................................................ Coenzimas ...................................................................................... Clasificación de enzimas .................................................................. Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

303 303 305 308 311 314 315 317 330

Bloque 8. Bioenergética ............................................................................... Variación de energía libre ................................................................ Reacciones de oxidación-reducción . ................................................ Adenosina trifosfato (ATP) . ............................................................. Compuestos con enlaces fosfato de altoy bajo valor energético . ....... Coenzimas pirimidínicos .................................................................. Coenzimas flavínicos ....................................................................... Cadena trasnportadora de electrones y fosforilación oxidativa .......... Preguntas test . ................................................................................ Respuestas razonadas ......................................................................

341 341 343 345 347 348 350 352 356 369

Tablas y constantes . ..................................................................................... 379 Bibliografía .................................................................................................... 385

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 Bloque temático 1 

Agua y tampones fisiológicos Agua  El agua es una sustancia pura compuesta por moléculas formadas por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Es mayoritaria en la corteza terrestre y constituye la mayor parte de los seres vivos, los cuales ven posibilitadas sus funciones vitales gracias a ella. Es un líquido inodoro, incoloro e insípido cuyo punto de fusión es 0 ºC y tiene un punto de ebullición de 100 ºC. Posee un elevado calor específico que es el responsable del poder termorregulador que ejerce sobre el clima global del planeta. Por otra parte, debido a las fuerzas de cohesión entre sus moléculas y a las características estructurales que éstas tienen, es el disolvente más habitual para todo tipo de procesos que se den en disolución.

Estructura La estructura del agua, así como sus propiedades físico-químicas hacen que sea posible la vida, ya que esta molécula es el disolvente en el que están disueltas las sustancias que se requieren para formar una célula, y es el medio en el cual tienen lugar la mayor parte de las reacciones metabólicas. La molécula de agua consta de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, de manera que los átomos de hidrógeno se unen al oxígeno mediante dos enlaces, en los cuales se comparten cada electrón de cada hidrógeno con un par de electrones del oxígeno, quedando intacto el otro par.

d‑

d+

d+

FIGURA 1.1. Representación de la molécula de agua. l es el átomo de oxígeno y l son los hidrógenos.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

El oxígeno se une con el hidrógeno mediante enlaces covalentes formados por dos pares de electrones. Cada enlace está formado por un electrón p del oxígeno y el electrón 1s del hidrógeno. El oxígeno emplea orbitales híbridos sp3, dos de los cuales están ocupados por un electrón y en otro queda el otro par de electrones sin compartir. La molécula de agua tiene forma angular, con ángulos de enlace de 104,5º, siendo este ángulo próximo al de un tetraedro. La carga neta de una molécula de agua es cero, pero la distribución de electrones en la molécula presenta cierto desequilibrio, debido a la diferente electronegatividad del hidrógeno y del oxígeno, esto hace que la molécula sea eléctricamente asimétrica y se cree un dipolo eléctrico. Los átomos de hidrógeno tienen menor electronegatividad, generándose una carga positiva parcial sobre cada hidrógeno cuyo valor de +0,41 y una carga negativa parcial sobre el oxígeno de ‑0,82.

Enlace de hidrógeno La polaridad del enlace O   H tiene una consecuencia importante: los dipolos permanentes de este enlace se atraen entre ellos y la interacción entre el átomo de hidrógeno ligeramente positivo de una molécula de agua y el átomo de oxígeno ligeramente negativo de otra molécula de agua produce una atracción dipolo-dipolo denominada enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno. Este tipo de enlace está englobado dentro de las interacciones llamadas intermoleculares. Un enlace de hidrógeno es tanto más estable cuanto más lineal sea la orientación del átomo de hidrógeno y los dos átomos electronegativos implicados, si bien incluso desviaciones de cerca de 45º producen algún puente de hidrógeno.

FIGURA 1.2. Una molécula de agua se encuentra ordenada en el espacio según un tetraedro y rodeada de otras cuatro moléculas.

Como ya se ha comentado anteriormente, los puentes de hidrógeno son enlaces relativamente débiles en comparación con un enlace covalente, pero la estabilidad del agua se debe al gran número de enlaces que hay entre las moléculas de agua líquida. Cada molécula de agua puede participar en la formación de cuatro enlaces de hidrógeno, en los que los dos átomos de hidrógeno interaccionan con dos dadores y cada par de electrones sin compartir actúan de aceptores en los enlaces de hidrógeno. El agua tiene una estructura definida debido a que dichos enlaces de hidrógeno se encuentran en un estado dinámico de forma que éstos se rompen y se vuelven a formar, a esta estructura se la denomina de tipo mosaico. Puede por tanto considerarse al agua líquida como un agrupamiento oscilante de

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Agua y tampones fisiológicos

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moléculas de agua unidas mediante enlaces de hidrógeno que se encuentran en continua reorganización. En general un enlace de hidrógeno puede formarse cuando un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo de oxígeno, nitrógeno o flúor se encuentra a 0,27-0,3 nm de otro átomo de oxígeno o nitrógeno que posea un par de electrones sin compartir. En otro tipo de enlaces, como el enlace C   H, éste no es lo suficientemente polar para atraer y retener a un átomo de oxígeno o nitrógeno en un puente de hidrógeno. En el caso del enlace S   H aunque el azufre posee una electronegatividad semejante al carbono, el enlace es más polarizable y por tanto un átomo de hidrógeno unido covalentemente al azufre puede formar enlaces de hidrógeno débiles. Las moléculas de agua también se unen por puentes de hidrógeno a diferentes estructuras químicas. En macromoléculas tales como proteínas o ácidos nucleicos, se forman gran cantidad de puentes de hidrógeno, y ello es la base de su estabilidad estructural. En dichas moléculas biológicas existen tanto enlaces de hidrógeno intermoleculares como intramoleculares, entendiendo por enlace de hidrógeno intermolecular aquel que se produce entre moléculas distintas y enlace intramolecular cuando este tipo de interacción ocurre entre grupos de la propia molécula.

Propiedades Gran parte de las propiedades del agua se deben a su gran polaridad y a los enlaces de hidrógeno. Así el enlace por puentes de hidrógeno hace que el agua sea el único hidruro que es líquido a temperatura ambiente. También explica que el agua sólida (hielo) posea una estructura en forma de malla tetraédrica, es decir que se produzca la formación de un cristal mantenido por enlaces de hidrógeno en el que cada molécula de agua se encuentra unida a otras cuatro. Como resultado, el hielo es un entramado abierto de tipo hexagonal cuya densidad es menor que la que presenta el agua líquida. El elevado calor de fusión del hielo también se explica por los enlaces por puentes de hidrógeno. Algunos de estos enlaces se rompen a medida que el hielo se transforma en agua líquida, de forma que el calor necesario para esta ruptura se extrae del entorno. Por el contrario el agua líquida al solidificar libera calor. El punto de ebullición anormalmente elevado del agua, puede ser explicado porque se requiere un gran aporte calorífico, ya que es necesario que se produzca la ruptura de tres enlaces de hidrógeno para que una molécula de agua escape del estado líquido y pase al estado vapor.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

El agua es un buen disolvente, de manera que las moléculas polares se solvatan muy fácilmente en la misma. Las sales en las que la red cristalina se mantiene entera por atracción de los grupos positivos y negativos se disuelven en el agua debido a que las fuerzas electrostáticas existentes en el cristal pueden ser superadas por la atracción de las cargas hacia el dipolo del agua. También muchas moléculas orgánicas que contienen grupos no iónicos pero débilmente polares son solubles en el agua a causa de la atracción de los grupos hacia dicha molécula. Las moléculas muy apolares, tales como componentes que contienen cadenas hidrocarbonadas largas, no se dispersan en agua, sino que interaccionan entre sí para excluir a las moléculas polares de agua. Esto es debido a que las interacciones agua-agua son más fuertes, y por tanto las moléculas de agua rodean a las moléculas de hidrocarburo, obligándolas a agruparse. Este fenómeno se denomina efecto hidrofóbico y a esas moléculas apolares se las llama moléculas hidrofóbicas, mientras que, al contrario, las moléculas que se disuelven rápidamente en agua se conocen como hidrofílicas. Tabla 1.1. Calores de vaporización de algunos líquidos en sus puntos de ebullición (1 atm.). Líquido

DH vap cal /  g rado

Agua

540

Metanol

263

Etanol

204

Acetona

125

Benceno

  94

Cloroformo

  59

Las moléculas anfipáticas, compuestos que contienen al mismo tiempo grupos polares y no polares, también se dispersan en el agua si la atracción del

FIGURA 1.3. (A)  Una molécula anfipática, el oleato sódico, que tiene un extremo polar (  COO‑) y otro extremo no polar (  CH3). (B) Una micela formada por varias moléculas anfipáticas que permanecen unidas en medio acuoso porque se atraen las colas hidrofóbicas.

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grupo polar hacia el agua puede superar las posibles interacciones hidrófobas de las partes no polares de la molécula.

Disociación del agua Dentro de las propiedades de esta sustancia destaca la capacidad que tiene el agua para disociarse en sus iones y formar disoluciones ácidas o básicas, por lo que el agua puede ser considerada como sustancia anfótera:   H3O+ + OH‑

H2O + H2O   de una manera más sencilla: H2O  

Keq

  H+ + OH‑

Aplicando a esta disociación la ley de acción de masas: Keq =

[H+] [OH‑] [H2O]

de forma: Keq [H2O] = [H+] [OH‑], y como en el agua pura, o en una disolución acuosa, la concentración de agua sin disociar se puede considerar constante tenemos: Keq [H2O] = cte. = Kw = [H+] [OH‑] donde la expresión Kw se define como el producto iónico del agua y como a 25 ºC la Keq = 1,8 ·  10‑16 y la [H2O] = 55,6 M, tenemos: Kw = 1 ·  10‑14 = [H+] [OH‑] En el agua pura: [H+] = [OH‑] y por tanto: Kw = 1 ·  10‑14 = [H+]2 de donde: [H+] = [OH‑] = 1 ·  10‑7 M A partir de este dato podemos clasificar a las disoluciones como: disolución neutra: disolución ácida: disolución básica:

[H+] = [OH‑] [H+] > [OH‑] [H+] < [OH‑]

([H+] = 1 ·  10‑7 M) ([H+] > 1 ·  10‑7 M) ([H+] < 1 ·  10‑7 M)

Para expresar el grado de acidez o basicidad de una disolución se emplea el concepto de pH, que viene definido según Sörensen por la ecuación: pH = ‑log [H+] = log

1 [H+]

de la misma forma el

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pOH = log

1 = ‑log [OH‑] [OH‑]

pH + pOH = 14

y Por tanto:

pH = 7    o    pOH = 7 pH < 7    o    pOH > 7 pH > 7    o    pOH < 7

disolución neutra: disolución ácida: disolución básica:

En la tabla 1.2 se presenta el pH de diferentes fluidos biológicos, y de algunos fluidos de la vida cotidiana.

Tabla 1.2. pH de fluidos de diferentes fuentes. Fluido

Las definiciones de ácido y base propuestas por Brönsted y Lowry son las más útiles cuando se consideran sistemas biológicos. Un ácido es un dador de protones y una base es un aceptor de protones. En soluciones diluidas, los ácidos fuertes se disocian totalmente y los aniones formados no se clasifican como bases, ya que no se asocian con los protones.

Agua de mar

pH 7,0- 7,4

Plasma sanguíneo

7,4

Jugo gástrico

1,2-3,0

Jugo pancreático

7,8-8,0

Saliva

6,4-6,8

Orina

5,8-5,9

Zumo de tomate

4,3

Muchos ácidos y bases (incluidos los Zumo de limón 2,3 aminoácidos que forman las proteínas y las bases heterocíclicas que constituyen el DNA y el RNA) no se disocian totalmente en agua como lo hacen el HCl y el NaOH por lo que se denominan ácidos y bases débiles. De manera que:

HA + H2O  

ácido + base   de forma que:

Kd

  H3O+ + A‑

  ácido conjugado + base conjugada Kd =

[A‑] [H3O+] [AH] [H2O]

la [H2O] apenas se modifica por la disociación y por tanto, el producto de Kd por la concentración de agua ([H 2O]) es una nueva constante denominada constante de disociación ácida Ka : Kd [H2O] = Ka =

[A‑] [H3O+] [AH]

tomando logaritmos en la ecuación anterior: log Ka = log

[A‑] [H3O+] [AH]

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log Ka = log

reagrupando:

reordenando la ecuación:

[A‑] + log [H3O+] [AH]

‑log [H3O+] = ‑log Ka + log

[A‑] [AH]

como sabemos que: ‑log [H3O+] = pH y ‑log Ka = pKa la ecuación puede expresarse como: [A‑] pH = pKa + log [AH] Esta expresión se conoce con el nombre de ecuación de Henderson-Has­sel­ bach, y relaciona el pH de una disolución con el pKa de un ácido débil. La concentración de la base conjugada ([A‑]) es también considerada como el aceptor de H+, y el ácido ([HA]) es el dador de protones. La relación entre el pH de una disolución y el pKa de un ácido débil permite que el pKa sea fácilmente determinable por un experimento de valoración (titulación). A una temperatura dada se añaden alícuotas conocidas de una base fuerte de concentración fija determinándose de manera constante el pH de la disolución hasta el punto de equivalencia donde todo el ácido está en forma de base conjugada y por tanto: log

[A‑] = log 1 = 0;      pH = pKa [AH]

Por ejemplo para el ácido fosfórico que está presente en los fluidos celulares de todos los organismos, tenemos: H3PO4  

  H2PO4‑  

  HPO42‑  

  PO43‑

La curva de titulación o valoración será la que aparece en la figura 1.4.

Tampones fisiológicos  Fisiología del equilibrio ácido-base. Alteraciones metabólicas del equilibrio ácido-base La sangre es un sistema abierto en equilibrio con una fase gaseosa (aire alveolar) con cierta presión parcial de anhídrido carbónico. El pH del plasma es, alrededor de 7,4 y la ppCO2 de aproximadamente 40 mmHg a la temperatura corporal de 37 ºC. El pH de tal sistema abierto puede alterarse por dos medios diferentes: aumentando o disminuyendo la ppCO2 de la fase gaseosa, o agregando ácido o base no carbónicos. Si se agrega ácido no carbónico el CO2 será naturalmente liberado de acuerdo con el equilibrio

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FIGURA 1.4. Curva de valoración del ácido fosfórico a 25 ºC con KOH. Están representados los valores de pK de cada uno de los equilibrios.



HCO3‑ + H+  

  H2CO3  

  H2O + CO2↑

(7)

En un sistema cerrado esto causará una elevación en la ppCO2, pero en un sistema abierto, como es la sangre, el CO2 formado desaparecerá en la fase gaseosa, y la ppCO2 se mantendrá invariable. En el organismo, el ácido “no carbónico” puede ser “agregado” o “removido” de la sangre de varios modos diferentes: 1) por una ganancia real o una pérdida de iones hidrógeno; 2) por una redistribución de iones hidrógeno entre la sangre y la fase extracelular extravascular; 3) por cambios en el estado de oxigenación de la hemoglobina, y 4) por redistribución de iones hidrógeno entre el espacio intracelular y el extracelular (por ejemplo, depleción de potasio, efecto del cloruro sódico hipertónico). Los términos clínicos utilizados para denominar los cambios en el estado ácido-base de la sangre son: acidemia y alcalemia para un pH plasmático disminuido y aumentado respectivamente, hipercapnia, normocapnia e hipocapnia para una ppCO2 en sangre aumentada, normal o disminuida. Los términos acidosis y alcalosis se refieren a procesos fisiopatológicos que influyen sobre el

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equilibrio ácido-base del organismo, aunque suele ser frecuente asociar los términos acidosis y alcalosis con el estado ácido-base de la sangre. El mantenimiento de la concentración de iones hidrógeno (H+) en sangre es esencial para el normal funcionamiento celular debido a la elevada reactividad química del ion H+, en particular con las proteínas. Estas, al ganar o perder H + cambian su configuración molecular y, por tanto, su función, lo que tiene especial importancia en lo que se refiere a la actividad enzimática. Por esta causa existen unos límites bastante estrechos entre los cuales la concentración de H+ es compatible con la vida a pesar del constante aporte al líquido extracelular (LEC) de sustancias que podrían alterar su concentración. Esto se debe a la existencia de una serie de mecanismos reguladores que se ponen en funcionamiento de una forma secuencial cuando estas sustancias penetran en el LEC (amortiguadores químicos, regulación respiratoria y regulación renal).

Amortiguadores químicos o tampones fisiológicos Amortiguadores químicos o tampones fisiológicos (o bufferes) son aquellas disoluciones formadas por un ácido débil y una sal de este ácido con una base fuerte (base conjugada), cuya concentración de hidrogeniones apenas varía al añadir ácidos ó bases fuertes. La utilidad de los tampones ó mezclas amortiguadores, está precisamente en la posibilidad de mantener la concentración de iones hidrógeno dentro de límites tan estrechos, que con razón puede considerarse como invariable. El alcance de este tamponamiento en una solución dada es función de la concentración de H+ inicial y de las constantes de disociación y concentración de los tampones presentes. Cuanto mas próxima sea su constante de disociación (kα) a la concentración de H+ en la cual el tampón tiene que actuar, más eficazmente será el tamponamiento, puesto que en esta circunstancia hay la misma concentración de la forma ácida del tampón que de la forma básica y, por tanto existe la máxima capacidad para amortiguar cambios de acidez en cualquiera de los dos sentidos. A la ecuación de disociación de cualquier tampón, se puede aplicar la ley de acción de masas: Ácido  

v1 v2

  Base‑ + H+

siendo v1 = K1 [Ácido] y v2 = K2 [Base‑] [H+] de donde: K=

K1 [Base‑] [H+] = K2 [Ácido]

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La forma exponencial de la ley de acción de masas es la conocida ecuación de Henderson-Hasselbach pH = pK + log

|Sal| [Base‑]       o      pH = pKa + log |Ácido| [Ácido]

Hemos de destacar que la sangre “in vivo” tiene una gran capacidad amortiguadora no sólo por su contenido en los mencionados tampones, sino principalmente por la actividad funcional del pulmón y el riñón, garantizando la amplia capacidad de defensa que tiene el organismo frente a las amenazas de alterarse el equilibrio ácido-base.

Excreción pulmonar de CO2 : Regulación de la ventilación Los pulmones son responsables del mantenimiento del balance del CO2 en el organismo ya que la eliminación de CO2 extrapulmonar es insignificante (riñón, piel). El CO2 en los pulmones difunde rápidamente a través de la membrana alveolar como consecuencia de la diferencia entre la ppCO2 alveolar y del aire espirado, de forma que en un intervalo muy breve se alcanza casi un equilibrio entre la sangre y el aire alveolar. Por lo tanto, la ppCO2 en la sangre arterial es virtualmente igual a la ppCO2 del aire alveolar, en los alvéolos funcionantes. Cuando se produce un aumento en la producción de CO2 o en la ppCO2 como consecuencia de una situación de acidemia, se estimula el centro respiratorio determinando un aumento de la ventilación alveolar. La respiración se mantiene debido a la actividad del centro respiratorio en el bulbo raquídeo, el cual es constantemente estimulado por los quimiorreceptores centrales y periféricos. Los quimiorreceptores periféricos se hallan localizados en los cuerpos aórticos y carotídeos ricamente vascularizados, los cuales son estimulados inmediatamente por una caída en la pO2 arterial y por un descenso del pH del plasma arterial. La respuesta es unos pocos segundos más rápida cuando la caída del pH se debe a un aumento de la ppCO2 que cuando es causada por un aumento de los ácidos no carbónicos con una ppCO2 constante. El estímulo es, probablemente el pH del líquido extracelular que baña las neurona quimiosensibles. Se ha propuesto que el estímulo provocado por una pO2 baja se debe a la producción de ácido láctico con la consiguiente caída del pH extracelular. Los quimiorreceptores centrales están localizados superficialmente sobre la cara ventral del bulbo y de acuerdo con evidencias actuales éstos son estimulados por una caída del pH del líquido extracelular del cerebro. El líquido ex-

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tracelular está en estrecha relación con el líquido cefalorraquídeo a través de la piamadre, pero separado de la sangre capilar por una membrana endotelial impermeable y una membrana basal, excepto en las vellosidades aracnoideas. Los quimiorreceptores centrales no resultan afectados por la hipoxia aguda, aunque responden a la hipoxia prolongada con hiperventilación. El mecanismo puede ser una acumulación gradual de ácido láctico en el cerebro debido a que la hipoxia conduce a una caída gradual del pH intracelular.

Regulación renal La función de los riñones es mantener constante el medio interno. Para ello regulan el equilibrio del agua y la excreción de iones manteniendo un patrón normal de electrólitos y un pH fisiológico. A medida que la sangre atraviesa por las arteriolas en las nefronas renales, el agua y pequeños iones, incluyendo iones hidrógeno, electrólitos y bicarbonato, pasan al filtrado glomerular. Este a su vez atraviesa los túbulos renales: primero los túbulos proximales, después el asa de Henle, a continuación los túbulos distales y finalmente se excreta por la orina desde el conducto recolector. El pH del filtrado glomerular es aproximadamente el mismo pH que el plasma sanguíneo, mientras que el pH de la orina es de aproximadamente 6, ello se debe a que el riñón excreta ácidos no volátiles producidos en los procesos metabólicos. La habilidad para excretar cantidades variables de ácido ó base hace que la formación de orina por el riñón sea el mecanismo final de defensa frente a cambios en el pH corporal. Esto es así dado que los ácidos producidos durante los procesos metabólicos son transportados en el fluido extracelular a expensas del bicarbonato. Los riñones tienen tres mecanismos para regular el equilibrio ácido-básico: 1) excretan el exceso de ácido intercambiando sodio por hidrógeno, 2) reabsorben el bicarbonato y 3) producción de amoniaco y excreción de iones NH4+. Es necesario que transcurran de cinco a siete días para que se verifique la compensación renal y el pH regrese a la normalidad. En todo el organismo hay dos compartimentos principales de líquidos: el intracelular y el extracelular, separados por membranas semipermeables a los ­iones. Se establece así un balance que se conoce como equilibrio de GibbsDonnan, entre estos dos compartimentos con la misma concentración de iones en cada lado. Los iones se desplazan a través de la membrana para balancear cualquier variación en el otro compartimento. Por ejemplo en el riñón

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los iones sodio del filtrado glomerular se pueden intercambiar con iones hidrógeno de las células tubulares. Así se reabsorbe sodio y se conserva para preservar la presión sanguínea y el volumen y se excreta el exceso de iones hidrógeno. Los iones K+ compiten con los H+ y con el intercambio Na + ‑ H+. Si el K+ intracelular a nivel de las células de los túbulos renales es alto, más K+ y sólo algunos iones H+ se intercambian por Na+, ahora bien en la orina entra menos ácido y la acidez de los fluidos corporales aumenta. Si hay deplección de K +, más H+ es intercambiado por Na + y la orina se hace más ácida con lo que los fluidos corporales son más alcalinos. El bicarbonato es el único anión amortiguador que se regenera en el riñón y vuelve a los líquidos del organismo para reponer la deficiencia de bases, como se observa en casos de acidosis metabólica. La concentración de bicarbonato en el filtrado glomerular es aproximadamente igual a la del plasma y cada anión bicarbonato está neutralizado con un ion sodio. Cuando las sales sódicas llegan a los túbulos proximales, se intercambia sodio por hidrógeno y éstos penetran a la orina tubular, así se eleva en la orina la concentración de iones hidrógeno y disminuye su pH. Algunos iones hidrógeno se combina con fosfato y otros con bicarbonato formando ácido carbónico, que se deshidrata a dióxido de carbono y agua. El agua así formada se excreta por la orina y el dióxido de carbono produce un aumento de la ppCO2 en el filtrado glomerular respecto a las células de los túbulos renales lo que trae como consecuencia que el CO2 se difunda y pase hacia las células. Por lo tanto el bicarbonato que penetró en el filtrado glomerular vuelve a entrar a las ­células en forma de CO2. Este último reacciona con agua en presencia de anhidrasa carbónica para formar H2CO3, el cual se ioniza a H+ y HCO3‑ que pasa a la circulación. De todo ello se establece que el riñón mantiene la concentración de bicarbonato adecuada para reaccionar ante cambios de acidez del plasma sanguíneo. El resto de los iones hidrógeno se excretan como ion amonio (NH4+), un ácido débil que se forma a partir del NH3, una base fuerte e iones hidrógeno. La importancia de este par conjugado NH3 / NH4+ en el equilibrio ácido-base radica en que puede transportar iones a la orina. El NH3 se forma en las células tubulares a partir de la oxidación de la glutamina por la glutaminasa y por la oxidación de otro aminoácidos. El ion NH 4+ también experimenta conversión hepática a urea y se excreta a través de los riñones hacia la orina. Ácidos fuertes tales como el ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico y el ácido fosfórico están totalmente ionizados al pH de la orina y son excretados sólo después de que los iones H + derivados de estos ácidos reaccionen con un tampón.

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La excreción de los aniones de estos ácidos se acompaña simultáneamente de la eliminación de igual número de cationes tales como Na +, K+ o NH4+ que da como resultado un balance electroquímico. Algunos ácidos tales como el ácido acetoacético (pK = 3,58) y el ácido β hidroxibutírico (pK = 4,7) están presentes en la sangre completamente ionizados, pero sólo están parcialmente disociados al pH ácido de la orina. Las formas no disociadas de estos ácidos pueden excretarse como tales.

Alteraciones metabólicas del equilibrio ácido base: Compensación Alcalosis metabólica Se considera que la alcalosis metabólica se produce por un exceso de bicarbonato; esto hace que en la expresión de Henderson-Hasselbach la relación de bicarbonato con respecto al ácido carbónico aumente y por tanto que el pH sea más alto. Se requieren dos condiciones para que se produzca esta alteración metabólica, un aumento en la concentración de bicarbonato y que los riñones sean incapaces de excretar el exceso de bicarbonato. La alcalosis metabólica es ocasionada por suministración de exceso de álcalis, pérdida de iones hidrógeno o agotamiento de potasio tras la administración de diuréticos. Una causa frecuente de alcalosis metabólica es la pérdida de ácido clorhídrico es­tomacal por vómito prolongado, lo que aumenta el pH porque se pierden iones hidrógeno y los riñones equilibran la pérdida reabsorbiendo sodio en los túbulos proximales.

Compensación En la alcalosis metabólica el riñón compensa el exceso de bicarbonato aumentando su excreción y los pulmones retienen el dióxido de carbono, enlenteciendo la respiración alveolar. Cualquiera de estos dos mecanismos restablece el pH sanguíneo alrededor del valor fisiológico de 7,4. En la compensación respiratoria, el aumento del pH que se produce en la alcalosis deprime el centro respiratorio y ocasiona hipoventilación lo que incrementa la pCO2 y por tanto, el H2CO3 y el HCO3‑. La pCO2 de la sangre aumenta con mas rapidez que el HCO3‑ y por ello la relación de la ecuación de Henderson-Hasselbach disminuye y el pH desciende. La hipoventilación también reduce la pO2. La respuesta renal a la alcalosis metabólica es una pérdida de bicarbonato y retención de iones hidrógeno, aumenta así la formación de amoniaco y reduce la reabsorción de bicarbonato.

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Acidosis metabólica La acidosis metabólica se considera una deficiencia primaria de bicarbonato, que ocasiona una disminución en la relación [Base ‑] / [Ácido] de la ecuación de Henderson-Hasselbach y por tanto que el pH descienda. La acidosis metabólica puede deberse a incremento de ácidos endógenos como el ácido β‑hidroxibutírico y acetoacético (cetoacidosis diabética, inanición), ácido láctico (ejercicio muscular anaeróbico, shock) o exógenos como el ácido fórmico por intoxicación por metanol que liberan hidrógeno para combinarse con bicarbonato, o a un aumento en las pérdidas de bicarbonato.

Compensación Consecuentemente a las alteraciones arriba expuestas el pH desciende y los quimiorreceptores de la médula son estimulados para aumentar la ventilación. La adaptación respiratoria para eliminar ácido carbónico es lenta y con frecuencia se establece al cabo de 12-24 horas, lo que parece deberse a la lentitud de la entrada de iones H+ a través de la barrera hematoencefálica, al líquido intersticial que baña a los quimiorreceptores. La segunda característica del sistema de compensación respiratorio de las acidosis metabólicas es que la respuesta ventilatoria es proporcional a la intensidad de la acidosis metabólica. En las situaciones en las que se produce una acidosis metabólica por ácidos que se eliminen por el riñón, otro mecanismo de compensación consiste en un incremento de la excreción renal de hidrogeniones. La eliminación urinaria del ácido provoca contracción del volumen extracelular, activación del sistema renina-angiotensina-aldosterona y aumento de la excreción renal de H+.

Alteraciones respiratorias del equilibrio ácido-base: Compensación Alcalosis respiratoria Se considera que la alcalosis respiratoria es una deficiencia primaria de dióxido de carbono, lo que ocasiona en la ecuación de Henderson-Hasselbach un incremento de la relación entre el numerador y el denominador y por tanto un aumento del pH. En la alcalosis respiratoria, la ppCO2 arterial es inferior a los 40 mm de Hg, el pH es superior a 7,42 y el contenido total de CO 2 (HCO3‑ + H2CO3 + CO2 disuelto) disminuye. La alcalosis respiratoria casi siempre se debe a estimulación de los quimiorreceptores respiratorios que provoca hiperventilación. La estimulación puede ser psicógena, como en casos de ansiedad, nerviosismo, histeria o tensión, o deberse a hipoxia o afecciones del

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control de la respiración en el sistema nervioso central. La hipoxia puede ser resultado de neumonía, asma, embolia pulmonar o lesiones del sistema nervioso central que afectan la estimulación de los quimiorreceptores como meningitis o accidentes cerebrovasculares. Los estado metabólicos que estimulan la hiperventilación también provocan alcalosis respiratoria e incluyen tirotoxicosis (hipertiroidismo), fiebre, ejercicio y septicemia. El alcoholismo agudo también provoca hiperventilación. Las personas que viven en zonas muy altas también presentan hiperventilación crónica debido a hipoxia, la cual estimula los quimiorreceptores respiratorios y la alcalosis respiratoria resultante se compensa de forma crónica.

Compensación Como la causa de la alcalosis respiratoria es principalmente la hiperventilación, la compensación respiratoria reduce la tasa de ventilación. Si los quimiorreceptores respiratorios no responden a la pO2 alta y a la pCO2 baja de la alcalosis respiratoria, la compensación es principalmente metabólica en dos etapas. En la primera el bicarbonato se transforma en ácido carbónico, mediante el hidrógeno que proviene de los amortiguadores, incluyendo hemoglobina, proteínas y fosfato. Esta amortiguación del bicarbonato ocasiona reducción del mismo e incremento de ácido carbónico, aumenta la relación de Henderson-Hasselbach y reduce el pH. En la alcalosis respiratoria prolongada se produce la segunda etapa de compensación; en ella se reduce la excreción renal de ácidos y aumenta la excreción de bicarbonato como en la alcalosis metabólica. El hidrógeno intracelular que proviene de los amortiguadores se repone con potasio, lo que produce hipopotasemia.

Acidosis respiratoria Se considera un exceso primario de dióxido de carbono, es decir, incremento del dióxido de carbono o hipercapnia, medida como ppCO2 (denominador de la ecuación de Henderson-Hasselbach), lo que ocasiona una disminución de la relación y por tanto disminución del pH. La acidosis respiratoria se debe a ventilación inadecuada y puede ser aguda o crónica. En cualquier caso, la hipoventilación conduce a retención de CO2, incremento ppCO2 de sanguínea y de H2CO3 y por tanto reducción del pH. La acidosis respiratoria aguda se debe a la depresión de los quimiorreceptores respiratorios, afecciones del sistema neuromuscular y edema pulmonar agudo. Los quimiorreceptores respiratorios se deprimen por traumatismos del sistema nervioso central, narcóticos como morfina, anestesia general durante cirugía y

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otras patologías que afectan al funcionamiento de nervios y músculos. Se observa acidosis respiratoria crónica en afecciones que interfieren con la capacidad pulmonar para expulsar dióxido de carbono. Estas incluyen asma, neumonía, apnea, enfermedades pulmonares obstructivas y otras causas de hipoventilación, obstrucción de vías respiratorias y fibrosis pulmonar. Las enfermedades cardiacas provocan acidosis respiratoria porque al disminuir la circulación llega menos sangre a la circulación pulmonar para el intercambio de gases.

Compensación La compensación es principalmente de tipo renal con retención gradual de bicarbonato, aunque también se produce compensación pulmonar. Cuando el defecto primario no se encuentra en el centro respiratorio, la hipercapnia estimula los pulmones para eliminar dióxido de carbono por hiperventilación. Esta última da lugar a reducción de la pCO2 por lo que la relación se acerca mas a la normalidad y el pH aumenta aproximándose a 7,4. La respuesta respiratoria es proporcional al grado de acidosis. Los riñones compensan la acidosis respiratoria incrementando el intercambio de sodio e hidrógeno (que provoca excreción de hidrógeno y retención de sodio), reteniendo bicarbonato y aumentando la formación de amonio. Después el ácido carbónico se separa en iones hidrógeno que son amortiguados por la hemoglobina y otros amortiguadores por lo que en último término se produce la elevación del pH por aumento del numerador de la ecuación de Henderson-Hasselbach.

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Excreción del ion H+3 intercambio Na + H + y producto de ion amonio en los túbulos renales lasma y fluido P Células tubulares intersticial

Filtado glomerular

CO2 + H2O 6

A.C.

H2CO3 7

HCO3‑   Na  

HCO3‑ + H+ Na+ Glutamina 5

H 2O NH4+

4

  H+   Na+ + HPO42‑ 1



Glutamato 5

Transaminación NH4+

Na+H2PO4‑   H+A   HA sin disociar

2 NH4+

3

                         a cetoglutarato                       ORINA

1 2 3 4 5 6

         



Conversión de HPO42‑ a H2PO4‑ Reacción de iones H+ con NH3 Excreción de ácidos no disociados Cambios Na+ ‑ H+ Producción de NH3 y 7   Síntesis de ácido carbónico desde CO2

Amortiguadores, tampones o buffer: Clases Sistemas aminoácidos y proteínas Son amortiguadores de unas características muy especiales por su carácter anfótero, tanto que inmediatamente se podría pensar que su acción depende sólo de que en medio ácido se comportan como bases y en medio básico como ácidos, equilibrando así la reacción del medio. Destacamos aquí la importancia como amortiguadores a las “proteínas del plasma sanguíneo”.

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Al pH del plasma sanguíneo (7,4), las proteínas se disocian predominantemente como aniones, y se comportan como ácidos débiles. Sabemos que el pI de todas las proteínas de la sangres está a un pH más ácido que el pH compatible con la vida. Por eso, su acción amortiguadora depende casi exclusivamente del sistema amortiguador que se forma por la mezcla de proteína ácida y proteína que forma sal con una base fuerte. Esto es, se comporta como cualquier otro amortiguador. La acción amortiguadora de las proteínas fisiológicas, dada su composición en aminoácidos, puede explicarse demostrativamente a expensas del comportamiento como tampones de sus aminoácidos constituyentes, puesto que aunque “el enlace peptídico” entre el grupo  COOH de una aa. y el grupo  NH2 de otro, bloquea las propiedades acidobásicas y amortiguadoras que tendrían estos grupos, sin embargo todas las proteínas tienen algunos grupos disociables. Así los aminoácidos poliácidos, glutámico, aspártico, aportan los segundos grupos ácidos que forman cadenas laterales y arginina, lisina e histidina aportan grupos básicos a las moléculas proteicas.

Sistema amortiguador de fosfatos La importancia del sistema amortiguador de fosfatos radica en que los fosfatos se excretan en orina en altas cantidades, lo que permite que los riñones regulen los iones positivos incluyendo iones hidrógeno y iones sodio. El ácido fosfórico (H3PO4) tiene tres iones hidrógeno disociables y como sucede para los iones polivalentes, cada uno se libera reversiblemente cuando se titula con una base con diferente constante de disociación. El átomo de hidrógeno que en el ácido fosfórico tiene importancia fisiológica es el que transforma el (H2PO4‑) monobásico en fosfato dibásico (HPO 42‑) con una pK = 7,2, la más próximo al pH del medio interno. La ecuación de Henderson-Hasselbach para este sistema amortiguador es: H2PO4‑  

  HPO42‑ + H+

pH = pK + log

[HPO42‑] [H2PO4‑]

En el riñón, estas cargas negativas se neutralizan con cargas positivas, principalmente del sodio. A medida que se añaden iones hidrógeno al filtrado durante la formación de orina, el fosfato dibásico recoge un ion hidrógeno y se convierte en fosfato monobásico neutralizándose con un ion Na+. Los niveles de fosfato en plasma son de sólo 1 mmol / l , de manera que el fosfato proporciona poca amortiguación extracelular en comparación con el bicarbonato cuya concentración plasmática normal es de aproximadamente 25 mmol / l. Sin embargo aunque la eficacia de un amortiguador depende de

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su concentración en el medio, y de la proximidad de su pK al pH que se trata de regular, el sistema de los fosfatos, aunque está bastante diluido en el plasma, cumple bien el segundo requisito, y por ello contribuye eficazmente a amortiguar las variaciones de pH.

Sistema bicarbonato / ácido carbónico El amortiguador más importante del plasma sanguíneo, es el amortiguador bicarbonato / ácido carbónico, también presente en los eritrocitos pero a menor concentración. Puede este tampón amortiguar variaciones de la concentración de iones [H+] tanto en casos de “acidosis” como de “alcalosis”. Su eficacia se basa en su elevada concentración en el plasma y en el hecho de que tanto el bicarbonato como el ácido carbónico pueden ser eliminados como CO2 ó pueden aumentar por retención de CO2 cuando así se requiera para contrarrestar variaciones del pH del medio. El CO2 (gas) producido en procesos metabólicos tisulares, es transportado por la sangre a los pulmones para su intercambio por O2. Debido a la continua producción de CO2 por las células de los tejidos (durante la combustión de los hidratos de carbono y de las grasas), hay una importante diferencia de concentración de CO2 entre las células tisulares, el plasma sanguíneo y los eritrocitos, lo que conlleva a un desplazamiento a través de las membranas celulares al plasma y a los eritrocitos. En el plasma sanguíneo, el CO2 gas se haya en equilibrio con el CO2 disuelto. El equilibrio entre el CO2 (gas) y el CO2 (d) viene dado por la Ley de Henry (la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas): [CO2]d = α (ppCO2) α = 3,01 × 10‑2 a la pp normal alveolar de 40 mm de Hg Una pequeña porción del CO2 disuelto presente en el plasma se mantiene como tal [CO2]d, y otra pequeña parte reacciona con agua para formar H2CO3

CO2 (d) + H2O  

k1

  H2CO3

(8)

pero la mayor parte del CO2 disuelto en el plasma penetra en los eritrocitos sanguíneos donde también sufre el proceso de hidratación para formar H2CO3 a expensas de un enzima, la “anhidrasa carbónica”, un enzima que acelera extraordinariamente la velocidad en ambos sentidos de la reacción (8). La importancia de la acción enzimática es fácil de comprender, así en ausencia del enzima, durante el tiempo que tarda en pasar la sangre por los capila-

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res pulmonares, no podría perder el CO2, mientras que la acción enzimática facilita la liberación de CO2 en un tiempo suficientemente breve. El H2CO3 es un ácido moderadamente fuerte que puede disociarse según la ecuación (9) en anión bicarbonato e hidrogeniones:

H2CO3  

k2

   HCO3‑ + H+

(9)

Así las dos reacciones anteriores pueden escribirse:

CO2 + H2O  

k1

   H2CO3  

k2

   HCO3‑ + H+

(10)

siendo k = k1 × k2 = 7,9 × 10‑7. La ecuación de Henderson-Hasselbach aplicada a este amortiguador puede escribirse así: [HCO3‑] pH = 6,1 + log [CO2 + H2CO3] siendo 6,1 el pK de las 2 reacciones anteriores. Para calcular la relación sal / ácido que corresponde a la sangre, tomando un valor de pH fisiológico de 7,4 resulta: log

[HCO3‑] = 7,4 ‑ 6,1 = 1,3 [CO2 + H3CO3]

donde considerando despreciable la concentración de H2CO3 (ya que sólo 1 / 1.000 del CO2 se transforma en ácido libre), se puede formular: log

[HCO3‑] [HCO3‑] 20 = 1,3      esto es,      = [CO2] [CO2] 1

todo cambio en la relación 20 / 1 significa, como es evidente, variación del pH. Pero puede la ecuación de Henderson-Hasselbach expresarse en función de la presión parcial de CO2 (ppCO2), dado que la solubilidad del CO2 en la sangre viene dada por la ley de Henry como ya hemos indicado. pH = 6,1 + log

[COOH‑] 3,01 × 10‑2 × (ppCO2)

El pH de la sangre se mantiene siempre alrededor de 7,4. Si el pK del CO2 es de 6,1 ¿como puede contribuir el tampón HCO3‑ / CO2 a mantener el pH alrededor de 7,4 ya que sabemos que un tampón sólo es eficaz en la región de su pK; la clave está en que “in vivo”el tampón HCO 3‑ / CO2 es un sistema abierto en el que la concentración de CO2 disuelto se mantiene constante ya que cualquier exceso de CO2 se elimina por los pulmones.

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Hemoglobina Además de su conocida función como transportador de oxígeno, la hemoglobina juega un importante papel como tampón de la sangre. Es el amortiguador de la sangre que mayor importancia fisiológica tiene por su capacidad cuantitativa en el transporte y neutralización de los hidrogeniones. En cualquier momento la hemoglobina, en la sangre, se presenta como una mezcla de formas oxigenada, oxihemoglobina y desoxigenada, desoxihemoglobina. Cualquiera de las dos formas de hemoglobina, la desoxi y la oxihemoglobina, están presentes como una mezcla de ácido y sal potásica, dependiendo (figura 1.5) la proporción de cada una de ellas de la concentración de O2 y del pH de la sangre.

FIGURA 1.5. Curvas de disociación de la hemoglobina oxigenada y reducida. A pH 7,3 el 80% de la Hb oxigenada y el 20% de la reducida están en forma salina. Fisiológicamente actúan como dos sistemas amortiguadores diferentes pero interconvertibles.

Así la “oxihemoglobina” representa una mezcla de H oxihemoglobina, (HHbO 2) (ácido conjugado) y oxihemoglobina (HbO 2–) (base conjugada ó sal) y la “desoxihemoglobina” es también una mezcla de H desoxihemoglobina (HHb), (ácido conjugado) y desoxihemoglobina (Hb –) (base conjugada ó sal).

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HHbO2 (ácido)

HHb (ácido) Hb

HbO2

pKa = 7,9

  

  Hb‑ (sal)

        

pKa = 6,7

  

  Hb2‑ (sal)

La diferencia que existe entre las pKa de ambas formas de hemoglobina en función de la oxigenación o desoxigenación es debido a que la hemoglobina contiene muchos grupos ionizados, en particular influye en este cambio de pKa el grupo imidazólico del aa. Hys 146 que tiene la especial propiedad de modificarse según el grado de oxigenación de la molécula de hemoglobina. Así la pKa de esta Hys tiene el valor de 6,7 en la oxihemoglobina y cuando la hemoglobina pierde O2 aumenta hasta 7,9, lo que se debe a que en la desoxiHb la carga local del entorno de este aa. se vuelve más negativa y la Hys adquiere entonces mayor afinidad por los H+. Por ello de los dos ácidos [HHb, pKa = 7,9 y HHbO 2, pKa = 6,7], el más fuerte es el correspondiente a la oxihemoglobina. Vamos a estudiar los equilibrios que se producen para las cuatro formas de la hemoglobina, según la sangre es transportada de los pulmones a los tejidos ó viceversa. La hemoglobina de los eritrocitos llega a los pulmones principalmente como mezcla de las formas desoxigenadas HHb + Hb‑ (figura 1.6).

K O2 = 1

HHb + O2   7 

1 

pKa = 7,9

  HHbO2 2 

pKa = 6,7

                          K′O = 0,032   Hb‑ + O2       HbO2‑ 4    +        +                                  +    H+   alimento              H+ + HCO3   2

3 

  H2O + CO2↑

6 

                        CO2 + H2O ‑                   Renueva el HCO3                0

FIGURA 1.6.

En los pulmones, la hemoglobina se une al oxígeno; el equilibrio se desplaza así a la derecha (reacción 1). Ya hemos dicho que la HHbO2 es un ácido más fuerte que la HHb. Como resultado, el equilibrio se desplaza hacia abajo (reacción 2) y se desprenden H+ (efecto Haldane).

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El incremento de [H+] es neutralizado por el CO3H‑ plasmático (reacción 3), lo que provoca al mismo tiempo que la eliminación de H +, el desprendimiento del CO2 a la atmósfera. La hemoglobina oxigenada HbO2‑ así formada en los pulmones, (base conjugada a pH 7,4), se transporta a los tejidos, donde la baja presión parcial de O2 provoca que se desplace el equilibrio horizontal hacia la izquierda (reacción 4). En los tejidos, se libera el O2, y como la Hb ‑ es una base más fuerte que la HbO2‑ (como es lógico, si la HHbO2 es un ácido más fuerte que la HHb); el equilibrio vertical se desplaza hacia arriba (reacción 7) captando los iones H+ de los que se producen a partir de la oxidación de los alimentos (reacción 6), con lo que éstos H+ son eliminados en forma de HHgb (efecto Bohr). Por supuesto ambos desplazamientos ocurren simultáneamente. Pero además hay que destacar que también la HbO 2‑ puede captar los H+ que en la sangre se producen desde el CO2 gaseoso que pasa a ella procedente del metabolismo de los tejidos. Éste, en los eritrocitos y a expensas de un enzima, la anhidrasa carbónica, rinde H2CO3, el cual se disocia, como ya sabemos, en iones bicarbonato e hidrógeno, que harían descender el pH, de no ser rápidamente captado por la HbO2‑ que así se reduce. Conforme el bicarbonato de los eritrocitos se eleva más que el plasmático, sale bicarbonato de la célula y se intercambia por cloruros (desplazamiento de cloruros). Este efecto compensador del pH puede expresarse globalmente como un equilibrio conjunto, en el cual intervienen los gases: O2 y CO2. HbO2‑ + CO2 + H2O  

  HbH + HCO3‑ + O2

esto es, la HbO 2‑ ha captado los H + cedidos por la disociación del H 2CO3 y ha desprendido el O2 que transportaba convirtiéndose en HbH (Hb reducida).

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Preguntas test 

1 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la estructura del agua es correcta? a El oxígeno presenta orbitales híbridos sp2. b El oxígeno se une a los hidrógenos mediante enlaces iónicos (debido a la gran diferencia en las afinidades electrónicas). c La molécula de agua tiene forma lineal. d El oxígeno se une a los hidrógenos mediante enlaces covalentes formados por pares de electrones. e La molécula de agua tiene enlaces resonantes. 2 El ángulo de la molécula de agua es: a 120º.

b 110º.

c 109,4º.

d 104,5º.

e 180º.

3 La molécula de agua... a Presenta momento dipolar. b Tiene diferente distribución de cargas. c Sus átomos presentan diferentes electronegatividades. d Todas las anteriores son correctas. e Todas las anteriores son falsas. 4 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre el agua permite explicar la polaridad del agua? a Es un compuesto iónico, por lo tanto es polar. b El valor del ángulo del enlace. c La existencia en el agua de puentes de hidrógeno. d La unión a otras sustancias mediante puentes de hidrógeno. e La diferencia en la fuerza de enlace entre los puentes de hidrógeno y los enlaces covalentes. 5 Con respecto a los puentes de hidrógeno... a Se forman entre átomos electronegativos e hidrógeno unido a ni­ trógeno. b Se forman entre átomos electronegativos e hidrógeno unido a oxí­ geno. c Se forman entre átomos electronegativos e hidrógeno unido a flúor.

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d Son fuerzas intermoleculares que implican uniones de hidrógeno a átomos pequeños y electronegativos. e Todas son ciertas. 6 La desoxihemoglobina es una mezcla de [HHb] y [Hb –], ¿a qué pK a se produce el equilibrio HHb     Hb –? a pKa = 6,7.

b pKa = 7.

c pKa = 7,9.

d pKa = 7,4.

e Ninguna de las anteriores.

7 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones en relación al enlace de hidrógeno es cierta? a El enlace de hidrógeno tiene lugar entre elementos de la misma electronegatividad. b Entre metales y el flúor. c Entre no metales y el litio. d Entre elementos muy electronegativos y de pequeño tamaño con el hidrógeno. e Ninguna es correcta. 8 Considerando las propiedades del agua podemos afirmar... a En estado gaseoso tiene por molécula un enlace de hidrógeno menos que en estado sólido. b La formación de enlaces de hidrógeno ayuda a solubilizar alcoholes, aminas y aminoácidos. c Al no poseer su molécula cargas eléctricas netas, el agua no puede interaccionar con los iones de alrededor. d Debido a los enlaces intramoleculares por puentes de hi­dró­ge­no el agua posee gran densidad. e Los enlaces de hidrógeno son siempre entre moléculas de agua solamente, nunca entre agua y otras moléculas diferentes. 9 La disolución reguladora intracelular más importante es el sistema amortiguador de fosfatos, ¿cuál de las disociaciones posibles del ácido fosfórico es la más importante? a Tiene lugar a pK = 2,1.

b A pK = 12,7.

c A pK = 7.

d A pK = 7,2.

e A pK = 8,5.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

10 El agua sólida (hielo) presenta: a Moléculas distribuidas al azar sin ningún tipo de unión entre ellas. b Estructura en forma de malla tetraédrica. c Densidad variable. d Punto de fusión variable. e La b y la d son falsas. 11 Según la definición de ácido y base de Brönnsted y Lowry, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? a Un ácido es una sustancia capaz de ceder protones. b Un ácido es una sustancia que en medio acuoso cede iones hidró­ geno. c Un ácido es una sustancia capaz de ceder un par de electrones. d Una base es una sustancia capaz de captar un par de electrones. e Una base es una sustancia capaz de ceder protones. 12 Respecto a la densidad del agua sólida: a Es lógicamente mayor que en el líquido como ocurre en la mayor parte de los sólidos. b Cuando el agua se congela existe una disminución del volumen por contracción. c De forma anómala la densidad es menor que en el líquido. d Las moléculas exhiben distancias de enlace más cortas para compensar la escasa movilidad. e Sólo la b es falsa. 13 La importancia como amortiguadores de las proteínas del plasma sanguíneo se explica: a Al pH del plasma sanguíneo se disocian como cationes. b Por su composición en aminoácidos. c Al pH del plasma sanguíneo se comportan como ácidos fuertes. d El pI de todas las proteínas de la sangre está a un pH más básico que el pH compatible con la vida. e Todas son ciertas. 14 La vida marina es posible en un mar helado ya que: a Existen más nutrientes que en los mares cálidos. b El hielo posee una densidad menor que el agua líquida.

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c El agua se congela direccionalmente desde el fondo hasta la super­ ficie. d Las sales marinas ayudan a que la temperatura de congelación sea menor. e La b y la d son correctas. 15 Una disolución básica es aquella que: a [H+] = [OH‑]  y  [H+] = 10‑7 M. b [H+] > [OH‑]  y  pH < 7. c [H+] < [ OH‑]  y  pH = 7. d [H+] < [OH‑]  y  pH > 7. e [H+] > [OH‑]  y  pH > 7. 16 El calor puesto en juego en el cambio de estado del agua de sólido a líquido... a Es bajo para facilitar los procesos de intercambio rápido de energía. b Se denomina calor latente de solidificación. c Es muy alto y evita cambios bruscos de estado. d Es muy superior al calor de cambio de estado de líquido a sólido. e Todas son ciertas. 17 Reciben el nombre de ácidos y bases débiles aquellos que: a Están totalmente disociados en disoluciones diluidas. b Tienen gran energía de hidratación. c Poca afinidad protónica. d Los que tienen numerosas moléculas sin disociar en disoluciones diluidas. e Los que tienen constantes de disociación elevadas. 18 En relación a las propiedades del agua por su interés biológico, ¿qué afirmación es falsa? a Posee elevado calor específico. b Elevado calor de vaporización. c Elevada conductividad térmica. d Mínima densidad a 4 ºC. e Elevada tensión superficial. 19 La magnitud que mide el calor empleado en elevar la temperatura de una masa de agua en 1 ºC... a Se denomina calor latente del aumen­to de temperatura.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

b Varía mucho según las temperaturas a que se encuentre el agua. c Estabiliza las temperaturas moderadas en las zonas costeras. d Posibilita la existencia de los cambios de estado. e No existe dicha magnitud. 20 El agua es un disolvente de: a Sustancias polares.

b Sustancias anfipáticas.

c Electrólitos fuertes.

d Electrólitos débiles.

e Todas son correctas. 21 El agua al disolver a una sal iónica... a La disocia. b La solvata. c Orienta cada polo hacia la carga de signo contrario. d Se une mediante interacciones electrostáticas débiles a los iones de la sal. e Todas son correctas. 22 ¿Cuál de los siguientes compuestos es más probable que forme micelas en solución acuosa? a Lactato sódico.

b Fluoruro cálcico.

d Ácido clorhídrico.

e Hidróxido potásico.

c Ácidos grasos.

23 El agua destilada... a Presenta moléculas diferentes al agua sin destilar. b Conduce peor la electricidad que el agua mineral. c Posee mucho menor número de puentes de hidrógeno que el agua sin destilar. d Cuando congela tiene mayor densidad e Ninguna es cierta. 24 Sobre el agua líquida se puede afirmar: a Es una sustancia anfótera. b Aunque su pH es 7 no exhibe carácter ácido-base. c En las sales no produce hidrólisis. d Cada molécula desprende dos protones. e El agua en absoluto se puede considerar como un electró­lito.

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25 En el agua pura: a Su concentración es constante y vale 55,5 M a 25 ºC. b La concentración de protones a 25 ºC es igual a 10‑7. c Las concentraciones de iones hidroxilo e hidroxonio son iguales. d Todo es cierto. e Sólo b y c son ciertas. 26 En relación al producto iónico del agua, cabe decir... a Implica desigualdad entre las formas positivas y negativas. b Implica que existen cantidades iguales de protones, hidroxilos y moléculas sin disociar. c Es la constante de equilibrio para la disociación del agua. d Es igual a 10‑14 a 25 ºC. e Depende de la concentración del agua sin disociar. 27 Sí se conoce el pH de una disolución se puede calcular el pOH de la misma: a Siempre que se conozca la sustancia que está disuelta en la disolución acuosa. b Siempre que se conozca la constante de equilibrio de la disociación. c Siempre que se conozca el producto iónico del agua y de las especies disueltas. d No se puede calcular en ningún caso. e Se puede calcular a partir de la relación: [OH‑] [H+] = 10‑14. 28 Una disolución ácida es aquella que: a pH = 7. d pOH < 7.

b [H+] < 10‑7 M. +

‑

e [H ] = [OH ] = 10

c pH < 7. ‑7

M.

29 Una disolución de agua a 25 ºC, a pH 6,5: a Es una disolución neutra. b Contiene casi el mismo número de protones que una de pH 7. c Contiene casi el mismo número de protones que una de pH 6. d Contiene más del doble de protones que una de pH 7. e La b y la c son correctas.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

30 Si el pH de una disolución es doble que el de otra el valor de la concentración de protones es: a Doble en la primera. b Mitad en la segunda. c 10 veces mayor en la primera. d 1.000 veces mayor en la primera. e Todas son falsas. 31 Para una relación de concentraciones de [H 3O +] de 10.000 en dos disoluciones diferentes: a El pH y el pOH deben ser iguales. b El pH varía en tres unidades. c El pOH varía en cuatro unidades. d La relación pH / pOH debe variar en 10.000 unidades. e El pH varía en 0,0001 unidades. 32 La ecuación de Henderson-Haselbach, relaciona pH y pK a de: b Bases fuertes. a Ácidos fuertes. c Ácidos débiles. d Bases fuertes y débiles. e Ácidos fuertes y débiles. 33 Para determinar el valor de pK a de un ácido se tiene que cumplir que: a Existan cantidades equimoleculares del ácido y la base de cada par conjugado. b Que la especie predominante sea ácida. c Que la especie predominante sea básica. d Que el pH de la muestra sea el del ácido. e Que el pH de la muestra sea el de la base. 34 En relación con la ecuación de Henderson-Hasselbalch, que puede expresarse de la siguiente forma: pH = pK + log [sal] /  [ ácido], ¿Cuándo la capacidad tampón de la disolución es mayor? a Cuando las concentraciones de la base (sal) y el ácido son iguales. b Cuando la concentración del ácido es mayor que la de la base (sal). c Cuando la concentración de la base (sal) es mayor que la del ácido. d Cuando el pH es mayor que el pK. e Cuando el pH es menor que el pK.

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35 La ecuación de Henderson-Hasselbach en función de la presión parcial de CO 2 (ppCO 2) viene dada por la expresión: a pH = pKa + log [HCO3‑] / [CO2]. b pH = log [HCO3‑] / [ppCO2]. c pH = pKa + log [HCO3‑] / a [ppCO2]. d pH = pKa + log [ppCO2] / 3,01 ·  10‑2 [HCO3‑]. e Ninguna de las anteriores es cierta. 36 El pK a del ácido ascórbico a 24 ºC es 4,10. ¿A que pH será de 3:1 la relación entre la forma protonada y la forma desprotonada? a 4,10.

b 5,3.

c 8,2.

d 1,5.

e 3,62.

37 ¿Cuál de las siguientes disoluciones no es reguladora o tampón? a Ácido acético + acetato sódico. b Ácido clorhídrico + hidróxido sódico. c Amoniaco + cloruro amónico. d Ácido bórico + borato sódico. e Bicarbonato + ácido carbónico. 38 Si el pH de una disolución es una unidad menor que el pK del ácido la proporción áci­d o /  b a­s e es: a 1 / 2.

b 1 / 10.

c 1 / 100.

d 10 / 1.

e 100 / 1.

39 ¿Cuál de los siguientes ácidos débiles estará neutralizado en un 91% a pH = 4,86? a Ácido propanoico pKa = 4,86. b Ácido acético pKa = 4,75. c Ácido β‑hidroxibutanoico pKa = 4,70. d Ácido ascórbico pKa = 4,10. e Ácido láctico pKa = 3,86. 40 De los siguientes fluidos corporales: ¿cuál tiene el pH más ácido? a El plasma sanguíneo.

b La orina.

c El jugo pancreático.

d La saliva.

e El jugo gástrico.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

41 Con relación al pH de la orina para un adulto sano: a Está comprendido entre los valores de 2‑5. b Está comprendido entre los valores de 5‑8. c Está siempre por debajo de 5. d Está siempre por debajo de 4. e Está comprendido entre los valores de 3‑6. 42 A pH fisiológico (7,4) y teniendo en cuenta los valores de pK a para el ácido fosfórico (pK a1 = 2,12; pK a2 = 7,21; pK a3 = 12,67) que especies disociadas del ácido predominan: a H3PO4 y H2PO4‑.

b H2PO4‑ y HPO42‑.

c HPO42‑ y PO43‑.

d No predomina ninguna.

e Menos el ácido H3PO4 puede existir cualquiera. 43 En los adultos el valor normal del pH sanguíneo es 7,4: a Si el pH desciende por debajo de 7,35 se denomina acidosis. b Si el pH desciende por debajo de 7,35 se considera normal hasta pH = 7. c Si el pH desciende por debajo de 7 produce acidosis hasta pH de 6,5. d Si el pH desciende por debajo de 7,35 se considera normal dependiendo del adulto. e Ninguna es cierta. 44 El pH sanguíneo depende de las concentraciones de: a Fosfato dipotásico y de fosfato potásico. b CO2 y de bicarbonato.

c CO2 y de ácido carbónico.

d Bicarbonato y carbonato.

e Ninguna es cierta.

45 Se mide en el laboratorio los parámetros ácido-básico de una muestra de sangre con los ­s iguientes resultados: reserva alcalina 17 meq /  l, [CO 2] (d) = 1,2 meq /  l. Indicar el pH sanguíneo: a 7,50.

b 7,40.

c 7,22.

d 7,10.

e 6,22.

46 Los resultados obtenidos cuando se mide en el plasma sanguíneo de un individuo la ppCO 2, [HCO 3–], CO 2 total y pH son: ppCO 2 = 40 mmHg, [HCO 3–] = 26 meq /  l , CO 2 total = 27,3 meq /  l y pH = 7,1. Indicar en que situación ácido-básica se encuentra:

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a Acidosis respiratoria.

b Alcalosis respiratoria.

c Acidosis metabólica.

d Alcalosis metabólica.

e Situación normal. 47 En un plasma sanguíneo se mide la ppCO 2 = 21 mmHg, la [HCO 3–] es de 16,7 meq  /  l y el pH es igual a 7,52. Indicar en qué situación ácido-básica se encuentra: a Acidosis respiratoria.

b Alcalosis respiratoria.

c Acidosis metabólica.

d Alcalosis metabólica.

e Situación normal. 48 Las concentraciones de [HCO 3–], CO 2 disuelto y pH en un plasma sanguíneo son respectivamente de 35 meq /  l; 1,35 meq /  l y 7,58. Indicar cuál es su situación fisiopatológica respecto al equilibrio ácido-base. a Acidosis respiratoria.

b Alcalosis respiratoria.

c Acidosis metabólica.

d Alcalosis metabólica.

e Situación normal. 49 Las concentraciones de [HCO 3–] y de CO 2 disuelto en un plasma sanguíneo, son respectivamente de 26 meq /  l y 2 meq /  l . Establecer su situación fisiopatológica. a Acidosis respiratoria.

b Alcalosis respiratoria.

c Acidosis metabólica.

d Alcalosis metabólica.

e Situación normal. 50 Un individuo en situación de “acidemia metabólica”, puede recuperar el pH fisiológico de 7,4 a expensas de: a Conservación de [HCO3‑] por los mecanismos renales adecuados. b Aumentar la eliminación de CO2 a través de los alvéolos pulmonares. c Aumentar el intercambio Na+ ‑ H+. d Aumentar la eliminación por la orina de amoniaco. e Todo lo anterior es cierto. 51 La eliminación de una orina ácida (pH alrededor de 4,5 a 5,5) responde a una situación fisiopatológica de: a Acidosis respiratoria.

b Alcalosis respiratoria.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

c Acidosis metabólica.

d Alcalosis metabólica.

e Situación normal. 52 En una situación clínica de “alcalosis metabólica”, el organismo pone en marcha los siguientes mecanismos de compensación: a Aumenta el intercambio Na+ ‑ H+. b Aumenta la formación de amoniaco. c Aumenta la reabsorción de [HCO 3‑] por los mecanismos renales adecuados. d Aumenta la retención de CO2 (hipercapnia) a través de los alvéolos pulmonares. e Disminuye la ppCO2. 53 La hiperventilación pulmonar supone: a Aumento de la ppCO2. b Disminución de la [CO2](d). c Disminución de la [HCO3‑]. d Una situación de alcalosis metabólica. e Una situación de alcalosis respiratoria. 54 Un aumento del pH sanguíneo pone en marcha mecanismos compensatorios de: a Depresión del centro respiratorio. b Una retención de CO2 (hipercapnia). c Disminuye el intercambio Na + ‑ H+. d Disminución de la formación de iones NH4+ en el riñón. e Todo lo anterior es cierto. 55 Una disminución del pH sanguíneo pone en marcha mecanismos compensatorios de: a Hiperventilación. b Disminución de la ppCO2. c Disminución de la [CO2](d) (hipocapnia). d Incrementar la formación de iones NH4+ en el riñón. e Todo lo anterior es cierto.

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56 Un individuo en condiciones fisiológicas tiene una reserva alcalina de 27,3 meq /  l. Ante una adición a la sangre de 13 meq /  l de ácidos no carbónicos en respuesta al metabolismo tisular, se desencadenan los siguientes mecanismos de amortiguación: a Hiperventilación para disminuir la ppCO2. b Aumento de la [CO2](d) (hipocapnia). c Disminución de la reabsorción de [HCO3‑]. d Disminución de la formación de iones NH4+ en el riñón. e Todo lo anterior es cierto. 57 La hemoglobina contribuye en el hombre al mantenimiento del equilibrio ácido-base a través de: a Amortiguar el CO2 que procede de los procesos metabólicos. b Amortiguar los iones H+ que proceden de la formación de HCO 3‑ en el eritrocito por combinación con la oxihemoglobina. c Mantener la [H+] invariable a través de la desoxihemoglobina. d Intercambiar el exceso de bicarbonato en la sangre por cloruros. e Todo lo anterior es cierto. 58 Sabiendo que la sangre arterial transporta Hb, en la que un 95% está como oxihemoglobina (Hb oxigenada) y un 5% corresponde a desoxihemoglobina (Hb reducida), establecer cuantos milimoles de HbO 2– corresponden a 100 milimoles de sangre arterial a pH = 7,3. a 35 mmoles.

b 50 mmoles.

d 80 mmoles.

e 95 mmoles.

c 76 mmoles.

59 A una disolución de 100 mmoles de Hb oxigenada al máximo, a pH = 7,3, se añaden 24 mmol de HCl. Indicar el nuevo pH que se alcanzará: a 6,5.

b 6,8.

c 7,1.

d 7,8.

e 8.

60 En los capilares pulmonares, en presencia de una pO 2 alta, se producen una serie de reacciones que facilitan la oxigenación de la hemoglobina. Indicar cual de las siguientes propuestas es la correcta: a La desoxihemoglobina de la sangre venosa, más ácida que la oxihemoglobina, libera el protón y así se transforma en oxihemoglobina.

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b La desoxihemoglobina de la sangre venosa se combina con los iones bicarbonato y así se transforma en oxihemoglobina. c La desoxihemoglobina de la sangre venosa se intercambia por oxihemoglobina procedente de los alvéolos pulmonares. d La desoxihemoglobina de la sangre venosa, más ácida que la oxihemoglobina, cede el anhídrido carbónico del eritrocito y así se transforma en oxihemoglobina. e La desoxihemoglobina de la sangre venosa, acepta directamente el oxígeno desde los alvéolos pulmonares y así se transforma en oxihemoglobina. 61 En el efecto Haldane ¿cuál de los siguientes procesos tiene ­l ugar? a La presencia de niveles elevados de CO2 y de H+ en los capilares favorecen la liberación de la oxihemoglobina. b La elevada concentración de oxígeno en los capilares pulmonares libera los H+ y el CO2 de la hemoglobina. c Concentraciones elevadas de CO2 en los capilares son amortiguados a través de su hidratación a ácido carbónico. d Concentraciones aumentadas de HCO3‑ en sangre se intercambian por iones cloruro. e Aumento en el pH del eritrocito es amortiguado a través de su combinación con iones HCO3‑. 62 En un tejido de metabolismo rápido, como el músculo en contracción, la presencia de niveles elevados de CO2 y H+ favorecen: a La liberación del bicarbonato del eritrocito. b La formación de oxihemoglobina. c La liberación del oxígeno de la hemoglobina. d El aumento del pH en el eritrocito. e El intercambio de H+ por iones cloruro. 63 ¿Cuántos moles de H + pueden ser eliminados por la hemoglobina a pH de 7,4 como consecuencia de la liberación de un mol de O 2? a 1 mol.

b 0,9 moles.

d 0,6 moles.

e 0,5 moles.

c 0,8 moles.

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64 Estudiando la curva de disociación de la hemoglobina a diferentes valores de pH, establecer para 100 mmoles de sangre arterial (pH 7,3) qué concentración de hemoglobina reducida (Hb –) existe.



a 1 mol.

b 1 mmol.

d 0,6 mmoles.

e 0,5 mmoles.

c 0,8 moles.

Respuestas razonadas 

1 D El enlace se forma entre un electrón del oxígeno y el electrón 1s del hidrógeno. El oxígeno emplea orbitales híbridos sp3, dos de los cuales están ocupados por un electrón y en otro queda el otro par de electrones sin compartir. 2 D El ángulo de enlace es de 104,5 o próximo al de un tetraedro, ligeramente cerrado por la repulsión electrostática de los electrones implicados en los enlaces y el par sin compartir del oxígeno, lo que le confiere a la molécula de agua características especiales. 3 D El agua es un dipolo y por tanto presenta momento dipolar, como consecuencia de ello existe una densidad de carga negativa sobre el oxígeno y una positiva sobre el hidrógeno. El oxígeno atrae con mayor fuerza a los electrones del enlace que el hidrógeno, por tanto es más electronegativo que el hidrógeno. 4 B El ángulo de enlace es el responsable de la asimetría en las cargas eléctricas de la molécula, si el agua fuera lineal no presentaría polaridad. 5 E Para poder formar un enlace de hidrógeno se requiere que el átomo de hidrógeno que está covalentemente unido a un átomo de oxígeno, nitrógeno o flúor, y por tanto se halla muy polarizado, se encuentre a 0,27-0,3 nm de otro átomo electronegativo. 6 C La desoxihemoglobina es una mezcla de H desoxihemoglobina (HHb) ácido conjugado y desoxihemoglobina (Hb‑) base conjugada o sal. Se producen los siguientes equilibrios en función de los pKa.

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HHbO2 (ácido)

HHb (ácido) Hb

HbO2

pKa = 7,9

  

  Hb‑ (sal)

        

pKa = 6,7

  

  Hb2‑ (sal)

7 D El enlace de hidrógeno tiene lugar entre elementos muy electronegativos (O, N, F, ...) y el hidrógeno. El hidrógeno al perder prácticamente su electrón presenta una densidad de carga positiva y atrae al elemento electronegativo de una molécula vecina. Las moléculas, a través de enlaces de hidrógeno, se asocian en agrupaciones mayores. Ejemplo: la molécula de fluoruro de hidrógeno se puede representar de la siguiente forma: δ‑ δ+  H   H  F   H       F   F   F  8 B Los enlaces de hidrógeno junto con el carácter polar de la molécula de agua permiten que se produzcan las interacciones necesarias para solubilizar alcoholes, aminas y aminoácidos. 9 D El ácido fosfórico H3PO4 puede sufrir tres disociaciones: a) H3PO4

  H2PO4‑ + H+      pK1 = 2,1

b) H2PO4‑

  HPO42‑ + H+      pK2 = 7,2

c) HPO42‑

  PO43‑ + H+      pK2 = 12,7

En condiciones fisiológicas solo interesa el segundo equilibrio (b), que es el que tiene el valor del pK más próximo al pH fisiológico. 10 B El hielo es una estructura en forma de malla tetraédrica. Se produce la formación de un cristal mantenido por enlaces de hidrógeno en la que cada molécula de agua se encuentra unida a otras cuatro. 11 A La definición de ácido y base de Brönsted y Lowry es protónica. Un ácido es toda sustancia capaz de ceder protones y una base es aquella sustancia capaz de aceptar protones. Es una teoría conjugada, no tiene sentido hablar de ácido o base considerados independientemente, pues para ceder el ácido un protón debe estar presente una base y viceversa. 12 C El agua en estado líquido presenta agrupaciones más o menos compactas variables en el tiempo y denominadas mosaicos. El agua sólida tiene una estructura tetraédrica formada por agrupaciones hexagonales con gran

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cantidad de huecos entre cada hexágono, por lo que la densidad de las moléculas es menor. 13 B La acción amortiguadora de las proteínas fisiológicas, se debe a su composición en aminoácidos. Las proteínas son polielectrólitos anfóteros debido a que contienen los grupos amino y carboxilo. Sin embargo, varios de los aminoácidos contienen grupos ionizables que no intervienen en la formación del enlace peptídico. Tal es el caso de la lisina, arginina, histidina, ácido glutámico, aspártico, aportan grupos ácidos y básicos a las moléculas proteicas distintos a los que forman el enlace peptídico. Las proteínas actúan como amortiguadores a uno y otro lado del pH isoeléctrico. 14 E La respuesta b es correcta, por la respuesta de la pregunta 8 y la d es correcta ya que al existir iones en el medio la temperatura necesaria disminuye por debajo de 0 ºC. 15 D Una disolución básica es aquella que: [H+] < [OH‑] ;      [H +] < 10‑7 M En función del concepto de pH una disolución básica es aquella que: pH > 7      o      pOH < 7 16 C El calor latente de fusión del agua es muy elevado de forma que se evita la congelación y descongelación brusca que podría impedir la vida. 17 D Ácidos y bases débiles son los que tienen moléculas sin disociar en disolución acuosa. Existe un equilibrio químico entre las moléculas no disociadas y sus iones. Este equilibrio viene dado por dos magnitudes: grado de disociación y constante de ionización. Ejemplo: ácido acético CH3COOH + H2O  

  CH3COO‑ + H3O+

18 D El agua alcanza su máxima densidad a 4 ºC. Este hecho basado en la diferencia existente entre las estructuras del hielo y del agua líquida, permite que el hielo flote en el agua. Gracias a esta propiedad existe vida marina en los casquetes polares del planeta, ya que el hielo flotante actúa como un aislante impidiendo que el resto de la masa líquida se congele. 19 C El calor específico del agua informa sobre la cantidad de energía necesaria para variar la temperatura de una determinada masa de agua. Al ser muy elevado se necesitará mucho calor del medio para cambiar la temperatu-

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ra. Ese calor se va ganando y se va perdiendo a lo largo de gran espacio de tiempo, lo que hace que la temperatura ambiente se modifique poco. 20 E Los compuestos que interaccionan con los dipolos del agua son más solubles que los que no lo hacen, de forma que los compuestos ionizados y polares tienden a ser solubles, mientras que los compuestos apolares prefieren interaccionar entre sí más que con disolventes polares. 21 E Una sal es una estructura iónica mantenida por fuerzas electrostáticas. Cuando se introduce en agua la suma de las fuerzas entre el disolvente y los iones positivos y negativos son mayores que las que mantienen unidas a dichos iones en el cristal, por lo que el cristal se disuelve y los iones se rodean de una esfera de dipolos orientados con el signo contrario conocida como esfera de solvatación. 22 C Los ácidos grasos son moléculas anfipáticas es decir tienen una parte polar constituida por el grupo ácido y otra parte apolar que sería el resto de la cadena hidrocarbonada, de forma que la parte polar interacciona con el agua protegiendo al resto de la cadena apolar. 23 B El agua es una sustancia covalente, aunque polar. El no tener cargas netas (iones) conlleva que su conductividad eléctrica sea muy baja. Esta conductividad aumenta mucho cuando se hallan en la disolución sales que generan iones, (por ejemplo, carbonatos, sulfatos, sodio, potasio, etc.) propios del agua mineral, que se eliminan en parte en el agua destilada. 24 A Es una sustancia anfótera ya que puede actuar tanto como ácido o como una base. 25 D En el agua pura a 25 ºC la concentración de agua es constante y tiene un valor aproximado de 55,5 M, ya que la densidad del agua es 1.000 g / l, la masa molecular del agua es 18 g / mol y para un litro se obtiene dicha molaridad, la concentración de protones y de hidroxilos es la misma e igual a 10‑7 M. 26 D Dado que la constante de equilibrio a 25 ºC es 1,8 ·  10‑16 y la concentración de agua que es constante, tiene un valor de 55,5 M, el producto iónico es igual a 10‑14 a esa temperatura, ya que Kw = Keq [H2O]. 27 E Como el pH = ‑log [H+] y el pOH = ‑log [OH‑] y el Kw = 10‑14 = = [H+] [OH‑], si conocemos el pH de una disolución podemos conocer la concentración de grupos hidroxilo de la misma.

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28 C Una disolución es ácida cuando [H+] > [OH‑], es decir [H +] > 10‑7 M o lógicamente cuando el pH  7. 29 D A pH = 6,5, la [H +] = 10 ‑6,5 = 3,16  ·  10 ‑7 y a pH = 7 la [H +] = 10 ‑7, por tanto la relación entre ambas es de 3,16, es decir aproximadamente del triple. 30 E Todas son falsas ya que en general las diferencias en el pH no mantienen una relación lineal con respecto a la concentración de protones. 31 C Si la relación es de 10.000 tenemos que: [H +]1 = 10.000 [H+]2 y por tanto: pH1 = 4 + pH2, y como pH = 14 ‑ pOH, la relación entre el pOH de ambas disoluciones será: pOH1 = 4 + pOH2. 32 C Ya que en los ácidos débiles no se disocian completamente en agua. 33 A El valor de pKa está relacionado con el pH por la ecuación de Henderson-Hasselbach: [base] pH = pKa + log [ácido] y para determinar el pKa como el pH se tiene que cumplir: [base] = [ácido] ;      log 1 = 0 34 A Cada par conjugado ácido-base posee un pH característico en el que la capacidad de tamponamiento es máxima cuando la concentración del ácido y de la base (sal) son iguales. Según la ecuación de Henderson queda: pH = pK + log

[sal] [ácido]

pH = pK

al ser [sal] = [ácido]:

pH = pKa + log

35 C

[HCO3‑] a (ppCO2)

El equilibrio entre el CO 2 (g) y el CO 2 (d) viene dado por la ley de Henry (la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas). [CO2]d = a (ppCO2) a = 3,01 ·  10

‑2

a la pp normal alveolar de 40 mm de Hg

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

36 E Como

[base] 1 1 =  ;      log = ‑0,48 [ácido] 3 2

y como el pKa = 4,10, el pH es de 3,62. 37 B Las soluciones reguladoras o tampones, contienen siempre un ácido o base débil y un exceso de una de sus sales de base fuerte o ácido fuerte respectivamente. El ácido clorhídrico y el hidróxido sódico son fuertes, por ello no forman una solución reguladora, la reacción entre ambas es una neutralización, produciendo una sal más agua. pH ‑ pKa = log

38 D

[base] [base]  ;      ‑1 = log  ; [ácido] [ácido]

[base] = 10‑1 = 0,1 [ácido] por tanto

0,1 [ácido] = [base]    y    [ácido] = 10 [base]

39 E Si un ácido está neutralizado en 91% será porque la [base] = 91 y la [ácido] = 9 y por tanto si el pH es 4,86 a partir de la ecuación de HendersonHasselbach el pKa = 3,86. 40 E El jugo gástrico ya que tiene un pH comprendido entre 1,5‑3 debido a que es una secreción muy rica en ácido clorhídrico. 41 B El pH de la orina está comprendido entre 5‑8, es decir, presenta tanto protones como hidroxilos. 42 B Si el pH = 7,4 y como a este pH el pK más cercano del ácido fosfórico es 7,21 el equilibrio predominante será el que constituyen las especies H2PO4‑ y HPO42‑. 43 A A partir de valores de pH de 7,35 el individuo tiene desequilibrios ácido-base y el estado que se alcanza se denomina acidosis. 44 B Esto es debido a que el pH sanguíneo se mantiene gracias al equilibrio existente entre la concentración de dióxido de carbono de la respiración y del bicarbonato en sangre. 45 C Conociendo que la reserva alcalina corresponde al CO 2 total esto es a la suma de [CO2]d + [HCO3‑] y aplicando la ecuación de Henderson-Hasselbach para un pH fisiológico de 7,4, se obtiene un pH de 7,22.

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46 C El pH obtenido después de aplicar la ecuación de Henderson-Hasselbach corresponde a un pH de 7,4 lo que está de acuerdo con los datos medidos que corresponden a un equilibrio ácido-básico normal. 47 B Toda situación ácido-base en la que disminuye la concentración de [CO2]d, como consecuencia de la baja presión parcial de CO 2, conduce a una alcalosis respiratoria. 48 D Un exceso primario de bicarbonato, como corresponde a la concentración de 35 meq / l conduce a una alcalosis metabólica, ya que el bicarbonato plasmático procede de la hidratación del CO 2 producido en el metabolismo celular. 49 A Concentraciones aumentadas de [CO2]d como es la de 2 meq / l , conllevan a una acidosis respiratoria, ya que este aumento se debe a ventilación inadecuada y puede ser aguda o crónica. En cualquier caso, la hipoventilación conduce a retención de CO2, incremento ppCO2 de sanguínea y de H2CO3 y por tanto reducción del pH. 50 E La acidosis metabólica se considera una deficiencia primaria de bicarbonato, que ocasiona una disminución en la relación [Base ‑] / [Ácido] de la ecuación de Henderson-Hasselbach y por tanto que el pH descienda. Consecuentemente los quimiorreceptores de la médula son estimulados para aumentar la ventilación. La segunda característica del sistema de compensación respiratorio de las acidosis metabólicas es que la respuesta ventilatoria es proporcional a la intensidad de la acidosis metabólica. En las situaciones en las que se produce una acidosis metabólica por ácidos que se eliminen por el riñón, otro mecanismo de compensación consiste en un incremento de la excreción renal de hidrogeniones. Los riñones tienen tres mecanismos para regular el equilibrio ácido-básico: 1) excretan el exceso de ácido intercambiando sodio por hidrógeno, 2) reabsorben el bicarbonato y 3) producción de amoniaco y excreción de iones NH4+. 51 C La presencia de acidosis metabólica con descenso de la concentración plasmática de HCO3‑ determina que cuando el riñón está indemne se reabsorba todo el HCO 3‑ en la porción proximal de la nefrona, y que el túbulo distal funcione al máximo regenerando todo el HCO 3‑ gastado en los procesos metabólicos y excretando una gran cantidad de hidrogeniones. Esto se manifiesta por una orina muy ácida con un pH que oscila entre 4,5 y 5,5.

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52 D Se considera que la alcalosis metabólica se produce por un exceso de bicarbonato; esto hace que en la expresión de Henderson-Hasselbach la relación de bicarbonato con respecto al ácido carbónico aumente y por tanto que el pH sea más alto. En la alcalosis metabólica el riñón compensa el exceso de bicarbonato aumentando su excreción y los pulmones retienen el dióxido de carbono, enlenteciendo la respiración alveolar. 53 B La hiperventilación, que conduce a alcalosis respiratoria, trae como consecuencia una disminución de la ppCO 2 en los alvéolos pulmonares, lo que según la ley de Ley de Henry (la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas), conduce a una disminución de la [CO 2] d [CO2]d = α (ppCO2) 54 E El aumento en el pH sanguíneo puede deberse tanto al aumento en la [HCO3‑] como a una disminución de la [CO2]d ó de la ppCO2 lo que inicia una serie de mecanismos compensatorios que incluye la depresión del centro respiratorio para así aumentar la ppCO2, una retención de CO2 (hipercapnia), la disminución del intercambio Na+ ‑ H+ con lo que los H+ no eliminados gastarán HCO3‑, que hará descender su concentración y por último la disminución de la formación de iones NH4+ en el riñón con esta misma finalidad. 55 E La disminución del pH sanguíneo que puede tener su origen tanto en la disminución de la HCO3‑, como en el aumento del [CO2](d) se compensa mediante hiperventilación que aumenta el CO2 expirado y como consecuencia disminuye la ppCO2 y la [CO2](d) y con un aumento en la formación de iones NH4+ en el riñón que así permite eliminar por esta vía el exceso de H+. 56 A La adición de un ácido a la sangre es siempre neutralizado por los iones HCO3‑ que de esta forma y tras combinarse con los hidrogeniones del ácido rinde ácido carbónico, el cual se deshidrata a CO2 más agua. Según esto, se produce un aumento en la concentración de CO2 en sangre que estimula el centro respiratorio produciéndose la hiperventilación necesaria para disminuir la ppCO2 también aumentada. 57 E La hemoglobina juega un importante papel como tampón de la sangre. Es el amortiguador de la sangre que mayor importancia fisiológica tiene por su capacidad cuantitativa en el transporte y neutralización de los hidrogeniones, lo que consigue principalmente por el equilibrio entre las cuatro formas que existen en la sangre: la “oxihemoglobina” que corresponde a una mezcla de oxihemoglobina reducida, (HHbO 2) (ácido conjugado) y oxihemog-

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lobina (HbO2‑) (base conjugada ó sal) y la “desoxihemoglobina” es también una mezcla de desoxihemoglobina reducida (HHb), (ácido conjugado) y desoxihemoglobina (Hb‑) (base conjugada ó sal). Cuando aumenta la concentración de H+, normalmente como consecuencia de los procesos metabólicos, la desoxihemoglobina (Hb‑) una base más fuerte que la HbO2‑, se combina con ellos con lo que éstos H+ son eliminados en forma de HHb. Pero además hay que destacar que también la HbO 2‑ puede captar los H+ que en la sangre se producen desde el CO2 gaseoso que pasa a ella procedente del metabolismo de los tejidos. Éste, en los eritrocitos y a expensas de un enzima, la anhidrasa carbónica, rinde H2CO3, el cual se disocia, como ya sabemos, en iones bicarbonato e hidrógeno, que harían descender el pH, de no ser rápidamente captado por la HbO2‑ que así se reduce. Conforme el bicarbonato de los eritrocitos se eleva más que el plasmático, sale bicarbonato de la célula y se intercambia por cloruros (desplazamiento de cloruros). 58 C Estableciendo la ecuación de Henderson-Hasselbach para las dos formas de la oxihemoglobina (pK = 6,7) y sabiendo que esta forma oxigenada de la hemoglobina (tanto la sal como el ácido) en sangre arterial está en un porcentaje de un 95%, resulta una [HbO 2‑] de 76 mmoles por cada 100 mmoles de sangre arterial. HbO2‑ + H+  

59 B

  HHbO2

                          (80 ‑ 40)    24          (20 + 24)                               (56)                      (44)

pH = 6,7 + log

56  ;    pH = 6,7 + log 1,3 ;    pH = 6,7 + 01 44 pH = 6,8

60 A En los capilares pulmonares, en presencia de una pO2 alta la desoxihemoglobina de la sangre venosa se une a una molécula de oxígeno; ello supone el desprendimiento de un protón desplazándose el equilibrio hacia la formación de la oxihemoglobina salina. La hemoglobina oxigenada HbO2‑ así formada en los pulmones (base conjugada a pH 7,4), se transporta a los tejidos, donde la baja presión parcial de O2 provoca que se desplace el equilibrio hacia la formación nuevamente de desoxihemoglobina. 61 B El efecto Haldane, llamado así por John S. Haldane en 1914, tiene lugar en los capilares de los alvéolos pulmonares y explica que la elevada concentración de O2 que en ellos existe permite que se liberen los H+ y el CO2 de la hemoglobina de la sangre venosa.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

62 C La presencia de niveles elevados de H+ y el CO2 en los tejidos metabólicamente activos es lo que se conoce como efecto Bohr y alude a que en estas condiciones en estos tejidos se favorece la liberación de O 2 de la oxihemoglobina. 63 D Como los H+ los capta la forma salina de la desoxihemoglobina (HbO2‑), lo que trae como consecuencia la liberación de un mol de oxígeno, es necesario calcular en primer lugar la concentración de esta forma de la hemoglobina mediante la ecuación de Henderson-Hasselbach al pK de 6,7 para una mol de oxihemoglobina tanto en la forma ácida (HHbO 2) como en la de sal (HbO2‑). Resultan así 0,833 moles de HbO 2‑ y 0,166 moles de HHbO 2, con lo que podemos pues escribir. Se hace necesario hacer el mismo cálculo para la desoxihemoglobina a su correspondiente pK = 7,9, ya que es la oxihemoglobina reducida la que al captar protones rinde desoxihemoglobina reducida, resultando una [HHb] de 0,759 moles. K =1 HbO2‑ + H+     HHbO2   O   HHB + O2 2

              (0,833 ‑ x)     x          (0,166 + x)             (0,759)

de donde: 0,166 + x = 0,759 ;    x = 0,759 ‑ 0,166 ;    x = 0,593 moles de H+ Luego 0,593 moles de H + son captados por la oxihemoglobina al desprender 1 mol de O2 a pH = 7,4. 64 B La curva de disociación de la hemoglobina a diferentes valores de pH nos explica que cuando el valor del pH sanguíneo es de 7,3, un 20% se encuentra como hemoglobina reducida. Considerando que a este pH la ecuación de Henderson-Hasselbach para esta forma de la hemoglobina (pK = 7,9) establece una relación de 1 a 4 entre la forma salina y la ácida respectivamente, es por lo que la concentración de Hb ‑ es de 1 mmol.

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 Bloque temático 2 

Proteínas Definición, concepto y significación biológica  Las proteínas son sustancias orgánicas nitrogenadas complejas que se hallan en las células animales y vegetales. Son polímeros lineales en los que las unidades monoméricas son los aminoácidos, que se pliegan en una notable diversidad de formas tridimensionales, que les proporcionan una correspondiente variedad de funciones. Actúan como componentes estructurales de mensajeros y de receptores de mensajeros. Algunas proteínas se unen al DNA y regulan la expresión de los genes; otras participan en la replicación, la transcripción y la traducción de la información genética; otras están relacionadas con el sistema inmunitario (inmunoglobulinas); con la contracción muscular (actina y miosina); con el transporte de oxígeno y la respiración celular (hemoglobina y citocromos). Quizás las proteínas más importantes sean los enzimas, catalizadores que determinan el ritmo y el rumbo de toda la bioquímica. Las proteínas son componentes esenciales de todas las células vivas. Su misión en el organismo es de dos tipos: Una de tipo estructural, formando parte del propio organismo y otra de tipo funcional.

Características generales  • El peso molecular de las proteínas varía entre 5.000 y varios millones. • Constan de 20 aminoácidos, unidos por enlaces peptídicos. • En las proteínas globulares solubles, las cadenas peptídicas están plegadas formando estructuras complejas. • Como su conformación se mantiene por fuerzas débiles, es fácilmente alterada por un ligero cambio de pH, temperatura o disolventes. • Son muy reactivas porque tienen muchas cadenas laterales con restos de aminoácidos con grupos aniónicos o catiónicos.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

• La hidrólisis parcial de una proteína, realizada por medio de ácidos, bases o enzimas conduce a la obtención de moléculas más pequeñas. Si se efectúa la hidrólisis total se obtienen los aminoácidos que la componen.

Aminoácidos: sus clases y propiedades generales  Las proteínas están constituidas por la concatenación de unas sustancias químicas denominadas aminoácidos. Son éstos la unidad estructural de las proteínas. Por hidrólisis de proteínas se han identificado 20 aminoácidos distintos. Un aminoácido, de ahí su nombre, posee dos grupos funcionales característicos: un grupo amino  NH2 y un grupo carboxílico  COOH. Hay aminoácidos con un solo grupo amino y un solo grupo carboxílico, denominándose entonces monoamino-monocarboxílicos. Hay otros, sin embargo, que poseen más de un grupo amino o más de un grupo carboxílico. Un aminoácido con un grupo amino y dos grupos carboxílicos, por ejemplo, recibiría el nombre de monoamino-dicarboxílico. En general, todos los aminoácidos de un hidrolizado de proteína son del tipo alfa, que corresponde a la siguiente fórmula general:           NH2            R   C   COOH                      H donde R representa el esqueleto carbonado característico del aminoácido en cuestión y que es el que le distingue de los demás. Al carbono poseedor de los grupos amino y carboxilo se le denota como carbono alfa (Cα) y a los siguientes carbonos de R se les nombra con las letras sucesivas del alfabeto griego, es decir: C β, Cγ, Cδ, Cκ, etc. Dentro del conjunto de todos los aminoácidos naturales, existen unos que pueden ser sintetizados por las células del organismo humano a partir de materiales sencillo que contengan C, O, H y N, pero otros tienen que adquirirse necesariamente con la dieta. Estos últimos se denominan “aminoácidos esenciales” para la especie humana, y son: valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, fenilalinina, triptófano, lisina e histidina. La histidina para el ser humano se clasifica como aminoácido esencial aunque sólo para los lactantes.

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Clasificación de aminoácidos Se pueden clasificar atendiendo a su carácter ácido o básico. Así podrían ser: • Neutros: Alifáticos, aromáticos, azufrados, secundarios. • Ácidos. • Básicos. No obstante, tiene más interés y significación el método de clasificación basado en la polaridad de sus grupos R, cuando se hallan en disolución acuosa, a pH próximo a 7,0:

Aminoácidos con grupos R no polares Estos grupos R son de naturaleza hidrocarbonatada y poseen carácter hidrófobo. Alanina (ALA) (A)

Valina (VAL) (V)

Leucina (LEU) (L)

CH3   CH   COOH                             NH2

Ácido amino propiónico

CH3

CH   CH   COOH CH3                           NH 2        Ácido a-amino isovaleriánico CH3

CH   CH2   CH   COOH CH3                                                  NH 2        Ácido a-amino isocaproico

                         NH 2                   CH3   CH2   CH   CH   COOH Isoleucina (ILEU) (I)                                                           CH 3    Ácido a-amino, b-metil valeriánico H Prolina (PRO) (P)

H 2C

C   COOH NH

   H2C   CH2 Fenilalanina (PHE) (F)    

 Ácido pirrolidín 2-carboxílico

 CH2   CH   COOH                              NH2 Ácido a-amino, b-fenil propiónico

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

C   CH2   CH   COOH                CH           NH2 N

Triptófano (TRP) (W)

H Ácido a-amino, b-4-indol propiónico

   Metionina (MET) (W)

CH3   S   CH2   CH2   CH   COOH                                                      NH 2    Ácido a-amino, g-metilo n-butírico

Aminoácidos con grupos R polares sin carga Sus grupos R son más solubles en agua porque sus grupos funcionales establecen enlaces de hidrógeno con ella. Glicina o glicocola (GLY) (G)

H   CH   COOH                          NH2

Serina (SER) (S)

HO   CH2   CH   COOH                                     NH2    Ácido a-amino, b-hidroxipropiónico

Treonina (THR) (T)

Ácido amino acético

      OH            CH3   CH   CH   COOH                                     NH2    Ácido a-amino, b-hidroxi-n-butírico

Tirosina (TYR) (Y)

OH     H 2N

Asparagina (ASN) (N)

O   

 CH2   CH   COOH                                   NH2 Ácido a-amino, b-hidroxi-fenil propiónico C   CH2   CH   COOH                                 NH2     g-amida del ácido a-amino succínico

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O

Glutamina (GLN) (Q)

H 2N   

Cisteína (CYS) (C)

C   CH2   CH2   CH   COOH                                                  NH2     d-amida del ácido a-amino glutárico

SH   CH2   CH   COOH                                              NH2    Ácido a-amino, b-mercapto propiónico

La cisteína tiene la particularidad de poder encontrarse en las proteínas en forma de:

Cistina

               NH2              S   CH2   CH   COOH    S   CH2   CH   COOH                               NH2

Aminoácidos con grupos R cargados negativamente Son los aminoácidos ácidos, ya que sus grupos R poseen una carga negativa neta a pH 7,0.

Ácido aspártico (ASP) (D)

OH   

H

OH

Ácido glutamímico (GLU) (E)

H   

C   CH2   CH   COOH                             NH2 Ácido a-amino succínico C   CH2   CH2   CH   COOH                                           NH 2     Ácido a-amino glutárico

Aminoácidos con grupos R cargados positivamente Son los aminoácidos básicos, en los que los grupos R poseen una carga positiva neta a pH 7,0.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Lisina (LYS) (K)

H2N   CH2   CH2   CH2   CH2   CH   COOH                                                              NH 2    Ácido a-amino e-amino caproico

Arginina (ARG) (R)

H2N   C   NH   CH2   CH2   CH2   CH   COOH                                                  NH                             NH 2    Ácido a-amino d-guanidín n-valeriánico HC   C   CH2   CH   COOH                 N NH                   NH2 C

Histidina (HIS) (H)

  

H

Ácido a-amino, b-imidazol propiónico

Todos los aminoácidos, a pH 7,0, tienen sus grupos amino y carboxilo de las cadenas laterales ionizados, exceptuando la histidina en la que el grupo imidazol se ioniza a partir de pH 6,0. Los grupos α‑amino y α‑carboxílico también resultan ionizados a pH 7.

Propiedades generales de los aminoácidos Isomería de los aminoácidos Todos los aminoácidos, a excepción de a glicocola o glicina, poseen átomos de carbono asimétricos. Por lo tanto, presentan actividad óptica. Algunos aminoácidos aislados a partir de las proteínas son dextrorrotatorios (Ala, Ileu, Glu, etc.), mientras que otros son levorrotatorios (Trp, Leu, Phe). También los aminoácidos presentan el fenómeno de la esteroisomería. Para su estudio, hay que basarse en la estructura de los dos isómeros posibles del gliceraldehído, designados convencionalmente por L y D. O C    H H  C   OH CH2OH D‑gliceraldehído

O C    H OH  C   H CH2OH L‑gliceraldehído

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En virtud a esta referencia, los dos isómeros posibles de la alanina se nombrarían: COOH

COOH

H  C   NH2

H2N  C   H

CH3 D‑alanina

CH3 L‑alanina

Así, el grupo carboxilo del átomo de carbono asimétrico de la alanina, o de cualquier otro aminoácido, puede relacionarse estéricamente con el grupo aldehído del átomo de carbono asimétrico del gliceraldehído; el grupo amino sustituyente del aminoácido, con el grupo hidroxilo del gliceraldehído, y el grupo R del aminoácido con el grupo  CH2OH del gliceraldehído. De esta manera los estereoisómeros de todos los aminoácidos que aparecen en la naturaleza pueden relacionarse estructuralmente con los dos estereoisómeros del gliceraldehído, designándose por L o por D, según se relacionen con el L‑gliceraldehído o con el D‑gliceraldehído, respectivamente. Esta nomenclatura es independiente de la dirección de rotación del plano de la luz polarizada que muestren los isómeros. Los símbolos L y D se refieren así a la configuración absoluta y no a la dirección de rotación. Todos los aminoácidos que se han hallado en las proteínas pertenecen a la serie L. Excepcionalmente se han encontrado algunos de la serie D en determinadas estructuras celulares, hormonas, etc. Cuando una aminoácido se obtiene en el laboratorio mediante simples reacciones químicas, se consigue generalmente una forma ópticamente inactiva, denominada “mezcla racémica” o “racémico”, que esta constituida por una mezcla equimolecular de isómeros D y L, simbolizada por DL. Aquellos aminoácidos que posean dos átomos de carbono asimétricos presentan cuatro estereoisómeros. En el caso de la treonina se conocen los cuatro. La forma aislada de los hidrolizados de proteínas se designa como L y su imagen especular como D. Aparte, existen otras dos formas llamadas diasteroisómeros o formas alo. Los diasteroisómeros no son entre sí imágenes especulares uno de los otros, por ejemplo la L‑treonina con la L‑alo-treonina o con la D‑alo-treonina. COOH H2N  C   H H  C   OH CH3 L‑treonina

COOH H2N  C   H OH  C   H CH3 L‑alo-treonina

COOH H  C   NH3 OH  C   H CH3 D‑treonina

COOH H  C   NH2 H  C   OH CH3 D‑alo-treonina

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Siempre que un aminoácido tenga más de un átomo de carbono asimétrico, se toma la posición del carbono alfa como base para asignarle la configuración. La cistina, dos moléculas de cisteína unidas por un puente de sulfuro, puede adoptar una forma en que los pares de átomos de carbono asimétricos sean la imagen en el espejo uno del otro. Cuando eso ocurre, el isómero se halla compensado internamente y se denomina forma meso. COOH       COOH               H2N  C   H  H2N   C   H               C   S   S   CH2 L‑cistina

COOH       COOH               H  C   H2N   H   C   NH2               C   S   S   CH2 D‑cistina

COOH        COOH                H2N  C   H    H   C   NH2                CH2   S   S   CH2 Meso-cistina

Propiedades ácido-base de los aminoácidos Un aminoácido simple (con grupo R no polar), a pH neutro, es una molécula eléctricamente neutra. Esta neutralidad no se debe a que no tenga cargas sino a que su grupo carboxilo está cargado negativamente y el grupo amino positivamente, confiriendo al aminoácido una carga global nula: H R  C   COO‑ NH3+ Este tipo de iones dipolares se llama “zwiteriones”. Por su estructura de “zwiterión”, los aminoácidos pueden actuar como ácidos débiles o como bases débiles. Se dice de la sustancia con ese comportamiento que tienen propiedades anfóteras. El grupo carboxílico puede liberar un protón, actuando como ácido: H

H R  C   COO‑

R  C   COOH NH2

H

+

NH2

El grupo amino puede captar un protón, actuando como una base:

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H

H

H+

R  C   COOH

R  C   COOH NH3+

NH2

Un aminoácido puede, en solución, presentarse de las siguientes formas: H

H

R  C   COO

‑

NH2 forma aniónica (Aa –)

H

R  C   COOH

R  C   COO‑

NH3+ forma catiónica ( +Aa)

NH3+ forma dipolar o zwiterión ( +Aa –)

A pH bajo, el aminoácido existe en su forma catiónica y al ir aumentando éste, el aminoácido toma sucesivamente las formas dipolar y aniónica: +

Aa  

1

  +Aa‑  

2

  Aa‑

Las constantes de equilibrio de estas dos reacciones son, respectivamente: +

K1

Aa‑  

K1 =

  Aa‑ + H+      +Aa‑  

K2

  Aa‑ + H+

[+Aa‑][H+] [anión][H+]       K2 = [catión] [+Aa‑]

Se define como punto isoeléctrico de un aminoácido a aquel valor de pH para el cual la concentración de la forma aniónica es igual a la de la forma catiónica, es decir, que el aminoácido no tiene una carga neta. En las circunstancias del punto isoeléctico se verifica: [anión] = [catión]. Multiplicando K1 por K2: [+Aa‑][anión][H+]2 K1 ·  K2 [H+]2 [catión][+Aa‑] Tomando logaritmos:

log K1 + log K2 = 2 log [H+]

y cambiando de signo: (‑log K1) + (‑log K2) = 2 (‑log [H+]) De donde se deduce:

pK1 + pK2 = 2pI pI =

1 (pK1 + pK2) 2

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Estudiemos, como aplicación, el caso de la Alanina: se trata de un α‑aminoácido sencillo, monoamino y monocarboxílico, que puede ceder dos protones durante su valoración completa con una base. A continuación representamos la curva de valoración bifásica de la Alanina. En ella se comprueba cómo los valores de los pK′ de las dos etapas de disociación se encuentran lo suficientemente separados para mostrar dos ramas bien distintas. Los valores aparentes de pK′ para las dos etapas de disociación pueden extrapolarse a partir de los puntos medios de cada etapa. Son: pK′1 = 2,34 y pK′2 = 9,69 (figura 2.1). 14            NH3          R   CH   COO‑

pH

6,2

pK′2 = 9,69

      +NH3          R   CH   COO‑

pI

      +NH3          R   CH   COOH

1

pK′1 = 2,34

0,5

1

1,5

Eq. de OH‑

FIGURA 2.1.

Cuando el valor de pH es 2,34, punto medio de la primera etapa, se hallan presentes concentraciones equimolares del dador de protones y del aceptor: (R   CH   COO‑)                  + NH3 Aceptor

(R   CH   COOH)                 + NH3 Dador

A pH 9,69, están presentes concentraciones equimolares de: (R   CH   COO‑)                  + NH3

y de

(R   CH   COO‑)           NH2

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Cada una de las dos ramas de la curva bifásica puede expresarse matemáticamente, con una buena aproximación, mediante la ecuación de HendersonHasselbalch; esto significa que podemos calcular las relaciones de las especies iónicas a cualquier pH, si se conocen los valores de pK′. Cuando el pH es 6,02, existe un punto de inflexión entre las dos ramas separadas de la curva de valoración de la Alanina. Para este valor de pH la molécula no posee carga eléctrica efectiva, y no se desplazará en un campo eléctrico. Corresponde, pues, tal valor al llamado “punto isoeléctrico”, cuyas característica fueros expuestas con anterioridad.

Aminoácidos no proteicos Además de los aminoácidos citados anteriormente, presentes con mayor o menor frecuencia en las proteínas humanas, se conocen cerca de 150 aminoácidos encontrados en diferentes células en forma libre o combinada. Así es posible encontrar β‑, γ‑ y δ‑aminoácidos, nunca presentes en las proteínas naturales. Otros aminoácidos poseen configuración D, en lugar de la forma L habitual, ejemplo: el ácido D‑Glutámico, de la pared celular bacteriana. Citaremos algunos aminoácidos no proteicos de interés especial: a) β‑Alanina. Precursor del ácido Pantoténico. El ácido Pantoténico es una vitamina indispensable para el crecimiento de los animales superiores: NH2 CH2   CH2   COOH

En forma de Panteteína (un derivado del ácido Pantoténico) la β‑Alanina se incorpora a la estructura del Coenzima A. Se encuentra igualmente este aminoácido no proteico en los seres superiores como producto degradativo de las bases pirimidínicas.

b) Citrulina. Intermediario en la síntesis de Arginina y en el ciclo de la Urea, proceso hepático encaminado a eliminar NH3 (resultado de la degradación de las proteínas) en forma de Urea.       O           H2N   C   NH   CH2   CH2   CH2   CH   COOH                                                                          NH 2 Citrulina

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c) Ornitina. Idéntica función a la anterior:                              NH 2                            H2N   CH2   CH2   CH2   CH   COOH Ornitina d) Ácido γ‑amino butírico (GABA). Agente químico para la transmisión del impulso nervioso. Se encuentra en el cerebro: NH2 CH2   CH2   CH2   COOH g‑amino butírico e) Azaserina. Sustancia con ligera actividad antitumoral (antibiótico derivado de especias de Streptomyces): C 5O 4H 8N 3                               NH 2                                    +   N   N   CH2   CO   O   CH2   CH   COOH [O ‑ (2) diazo acetilserina] f) Ácido β‑amino-isobutírico. Producto final del metabolismo de las Pirimidínicas. Se encuentra en la orina de pacientes con una enfermedad metabólica hereditaria. H2N   CH2   CH   COOH                                     CH2 b‑amino-isobutírico g) Taurina. Se conjuga con los ácidos biliares en el hígado. Procede de una descarboxilación y oxidación de la cisteína: CH2   CH2   SO3H NH2 Taurina

Reacciones químicas características de los aminoácidos Las propiedades químicas de los aminoácidos van asociadas a sus grupos funcionales de manera que existen unas reacciones específicas del grupo carboxilo, otras del grupo amino y otras del grupo R de cada aminoácido. También hay aminoácidos que tienen reacciones específicas propias.

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Propiedades del grupo carboxilo   1. Formación de ésteres: Se produce si previamente se ha bloqueado el grupo amino, consiguiendo un ácido:     NH3+          R   C   COO‑              H

OH   R′

    NH3+Cl‑          R   C   COOH              H Clorhidrato de aminoácido HCl

    NH3+Cl‑          O R   C   C      +  H2O          O   R′     H Éster

  2. Formación de amidas al reaccionar con el amoniaco:

Éster  +  NH3

    NH3+Cl‑          O R   C   C      +  R′   OH          NH2     H Amida Alcohol

  3. Formación de sales: • en el grupo carboxilo:     NH2          O R   C   C    ‑ +  ;      M+ = metal (catión)          OM     H • en el grupo amino:     H          R   C   COOH ;      A‑ = ácido (anión)                 NH3+A‑   4. Formación de haluros de acilo:     NH2          O R   C   C             X     H

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donde X puede reemplazarse por cualquier halógeno.

  5. Formación de aminas, por decarboxilación: En ese tipo de reacciones actúan unos enzimas denominados genéricamente decarboxilasas.     NH2          R   C   COOH              H

R   CH2   NH2 CO2

Amina

Propiedades del grupo amino   6. Desaminación: • por oxidación: desaminación oxidativa:     H          R   C   COOH              NH2

[O]

R   CO   COOH  +  NH3 cetoácido + amoniaco

• por acción del ácido nitroso:     H          R   C   COOH  +  HNO2              NH2

    H          R   C   COOH  +  N2  +H2O              OH Hidroxiácido

Por esta última reacción se pueden determinar volumétricamente los aminoácidos, en función del nitrógeno formado.

  7. Reacción de adición con formol:     H          R   C   COOH  +  2 HCHO              NH2

    H          R   C          CH2OH     N    CH2OH

El compuesto resultante es un ácido que se puede determinar por adición de sosa (Método de Sorensen).

  8. Formación de betaínas: Se producen por metilación del aminoácido por la introducción de uno, dos o tres grupos metilos, obteniéndose las llamadas betaínas mono, di y trisustituidas.

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    NH3+          R   C   COO‑  +  ICH3              H Ioduro de metilo

    NH2   CH3          R   C   COO‑  +  HI              H Betaína

  9. Reacción con el dinitrofluorobenceno: Reacción de Sanger: El dinitrofluorobenceno (DNFB) se combina con la amina del aminoácido liberándose ácido fluorhídrico y se forma un dinitrofenilaminoácido (DNP-aa): NO2 F O 2N

  +  H2N   CH   COOH                             R

DNFB NO2

O 2N

NH   CH   COOH          +  HF           R DNP-aa



Esta reacción se puede utilizar para establecer la identidad del aminoácido terminal de una proteína portadora del grupo amino libre y también es muy útil para conocer el número exacto de cadenas que contiene una molécula de proteína puesto que la reacción solo se produce con grupos amino libres. Sin embargo, actualmente este método es muy poco usado, pues el procedimiento con el DNFB no puede repetirse secuencialmente.

10. Reacción con el fenilisotiocianato: Reacción de Edman: El fenilisotiocianato (PITC) reacciona con la amina en un medio alcalino débil:  N   C   S  +  H2N   CH   COOH                                                       R          PITC

[OH‑] débil

         S             NH   C   NH   CH   COOH                                                   R Feniltiocarbamil-aa (PTC-aa)

ácido calor H 2O

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 N   C   S OC

NH CH     R

  PTH-aa



Se produce un feniltiocarbamil derivado del aminoácido, que se cicla en medio ácido débil o por acción del calor. El feniltiohidantoin-aminoácido (PTH-aa) producido es característico del aminoácido, ya que su naturaleza depende de la del grupo R, y se puede identificar cromatográficamente.



La degradación de Edman es el método actualmente preferido para la identificación de aminoácidos N‑terminales, ya que realizándola secuencialmente puede llegar a determinarse hasta una secuencia de 25 aminoácidos.

11. Reacción con la ninhidrina: Esta reacción tiene un gran interés, ya que da lugar a una reacción coloreada de los aminoácidos, ampliamente utilizada para la identificación y sobre todo para su determinación cuantitativa.

La ninhidrina decarboxila y desamina al aminoácido gracias a su fuerte poder oxidante. La ninhidrina reducida formada reacciona con una molécula de ninhidrina no reducida y con el amoniaco resultante de la desaminación para formar un compuesto complejo que presenta coloración violeta. De esta forma se pueden determinar cuantitativamente los aminoácidos por espectrofotometría, y también por gasometría, gracias al dióxido de carbono que se forma.



La coloración violeta es sensiblemente la misma para todos los aminoácidos. Su espectro de absorción presenta un máximo de 570 nm.



Algunos aminoácidos en particular, como la prolina y la hidroxiprolina, dan con la ninhidrina una coloración amarilla, con un máximo de absorción en 440 nm. CO OH C CO OH Nihidrina +     NH2          R   CH   COOH a‑aminoácido

CO OH C CO H Hidrindantina O +  R   C    H      +  CO2      +  NH3

Ninhidrina = Hidrato de Tricetohidrindeno

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Reacciones específicas de algunos aminoácidos La cisteína es capaz, gracias a su grupo sulfhidrilo activo, de dar mercáptidos con el ion plata o mercurio, liberándose un hidrogenión. Así se inactivan los grupos sulfhidrilos.                 H                   HS   CH2   C   COOH                                       NH2 Cisteína

Ag+

               H                         AgS   CH2   C   COOH  +  H+                                        NH 2 Mercaptido Argéntico de Cisteína

Los aminoácidos con grupos fenólicos, como la Tirosina, dan una reacción característica al calentarse con nitrato de mercurio, Hg(NO3)2, en ácido nítrico, produciéndose una reacción de coloración roja. Es la llamada reacción de Millon. Los aminoácidos que poseen grupos sulfhidrilos que estén libre, así, por ejemplo, la cisteína, producen una coloración roja en una reacción con nitroprusiato sódico en solución amoniacal diluida. Esta reacción se conoce por el nombre de ensayo con nitroprusiato.

Niveles de organización estructural de la molécula proteica  Cada tipo de molécula proteica posee, en su estado nativo, una forma tridimensional característica que es conocida como su conformación o estructura. El mantenimiento de esta estructura es fundamental para el normal funcionamiento de la proteína en cuestión, y una perdida de esta conformación suele implicar una alteración en la misión biológica de la molécula proteica. Esta organización en la estructura de una proteína se realiza a cuatro niveles diferentes, a saber: • Nivel primario de organización o estructura primaria: Se refiere a la composición cuantitativa de los aminoácidos integrantes de la cadena, así como a su orden o secuencia y a la disposición de enlace péptico. • Nivel secundario de organización o estructura secundaria: Es la referente a la disposición espacial de la cadena proteica, especialmente a la formación de estructuras planas o filamentosas, predominando la dimensión longitudinal. Es decir, describe el plegamiento local de la cadena a través de las unidades estructurales que aparecen en las proteínas. • Nivel terciario de organización o estructura terciaria: Es la conformación tridimensional completa de la cadena polipeptídica. Las interac-

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ciones locales entre aminoácidos próximos originan hélices α, hojas β u otras formas de estructura secundaria. Estos subconjuntos se organizan en dominios, que comprenden entre 30 y 150 aminoácidos, y que actúan a modo de unidades más o menos coherentes. La disposición geométrica de los dominios es lo que constituirá la estructura terciaria. • Nivel cuaternario de organización o estructura cuaternaria: Solamente poseen este nivel aquellas proteínas formadas por varias cadenas polipeptídicas; se refiere a las diversas interrelaciones que pueden ocurrir entre dichas cadenas.

Estructura primaria Las proteínas están constituidas por una o varias cadenas polipeptídicas, cada una de las cuales posee cien o más restos aminoácidos, unidos entre sí covalentemente por enlaces peptídicos. Todas las proteínas están constituidas por un conjunto básico de 20 aminoácidos, ordenados en diversas secuencias específicas): O H2N   CH   C                OH .         R

            R·1                 + H .     N   CH   COOH                   N H 2O

              O             R·1                                H2N   CH   C   N   CH   COOH                               R                 H Formación de un enlace peptídico entre dos aminoácidos Mediante estudios con rayos X se ha comprobado que en una cadena peptídica los átomos están dispuestos en forma de zig-zag con un ángulo de aproximadamente 120º, siendo C α, C y N los átomos que se sitúan en los que podríamos llamar línea principal de la cadena, mientras que los grupos R, el O y el H se extienden hacia los lados de la cadena: O

R1   Ca

C

H 2N Ca   R Aa1

H

N

C

H

O Aa2

COOH

N Ca   R

Aa3

Formación de un tripéptido

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Así, tendríamos un tripéptido:

H 2N

R

H

O

Ca

C

C

N

Ca

H

O

N

C

R

H Ca

COOH

N

Ca

O H H H R R H Rotación alrededor de los enlaces en una cadena polipeptídica La unión entre el C del grupo carboxílico y el N del grupo amino, en el enlace de tipo peptídico, se explica mediante la resonancia entre las estructuras: O‑

O

R′    C   N ..     R H

R′ +    C   N    R H

que le confiere una naturaleza muy semejante a la de la hibridación sp2 del carbono en la formación de eteno (figura 2.2).

H

Ca C orbital p

N Ca

O sp2

FIGURA 2.2. Carácter parcial de doble enlace de un enlace peptídico.

Por efecto de esta resonancia, los enlaces C   N y C   O son intermedios entre sencillo y doble. La propiedad fundamental del enlace peptídico es que todos los átomos que lo forman han de estar en un mismo plano, por lo que la cadena proteica sólo puede girar por sus Cα , pero nunca por el enlace peptídico. Estudios de modelos peptídicos utilizando el método de difracción de rayos X hicieron posible medir las diversas distancias interatómicas, que resultan ser, para el enlace C   O de 1,23 Å, y para el C   N de 1,32 Å. Estas dimensiones son intermedias entre el enlace sencillo (C   O: 1,43 Å, C   N: 1,47 Å) y enlace doble (C   O: 1,21 Å, C   N: 1,29 Å). Esto indica que la unión peptídica existe en un estado de resonancia entre reuniones dobles y simples (figura 2.3).

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FIGURA 2.3. (A) Longitud (nm) y ángulos de enlace. (B) Estabilización por resonancia del enlace peptídico.

La unión peptídica es plana, esta unidad planar que es rígida, es el resultado de la estabilización por resonancia del enlace peptídico, y es común a las estructuras proteicas. Además, la orientación del oxígeno del carbonilo y del hidrógeno amídico es “trans” con respecto a la unión peptídica, al igual que la de los carbonos alfa. La configuración “cis” no es favorable debido a impedimentos estéricos. Esto hace que los grupos R estén situados alternativamente a uno y otro lado de la columna vertebral polipeptídica. El enlace peptídico impone, por tanto, restricciones significativas FIGURA 2.4. En la configuración trans, la acerca del número de conformaciorepulsión estérica es mínima y la estabilidad mayor. nes que puede adoptar una cadena polipeptídica (figura 2.4). La información necesaria para definir la estructura en tres dimensiones de una proteína reside en su secuencia de aminoácidos. A medida que se construye la cadena en el ribosoma, se pliega en la configuración que minimiza la energía libre; en otras palabras, la cadena adopta la conformación más estable. Los 20 aminoácidos están construidos sobre un plan común. Tienen un grupo amino (NH2) en un extremo y un grupo de ácido carboxílico (COOH) en el otro; ambos grupos están enlazados a un átomo de carbono central, llamado carbono alfa. También están enlazados al carbono alfa un átomo de hidróge-

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no y un cuarto grupo, la denominada cadena lateral. Es en la naturaleza de su cadena lateral en lo único que difieren los aminoácidos. El esqueleto de la proteína se construye uniendo, cabeza con cola, los aminoácidos: el grupo amino de una unidad se enlaza al grupo carboxílico de la siguiente. La fusión se logra eliminando una molécula de agua, para forma un enlace carbono-nitrógeno denominado enlace peptídico, y la cadena proteica recibe el nombre de polipéptido. Las propiedades del enlace peptídico imponen ciertas restricciones en el plegamiento de la proteína. Cada unidad de enlace peptídico se encuentra en un plano, con lo que la cadena tiene que plegarse por medio de rotaciones de los enlaces establecidos con carbonos alfa.

Secuenciación de aminoácidos La hidrólisis parcial de las proteínas produce mezclas complejas de péptidos diferentes. Los dos mejores métodos para la separación de los distintos péptidos son: • Cromatografía de intercambio iónico. • Electroforesis sobre papel. Normalmente, se hace una separación primaria en péptidos ácidos, básicos y neutros mediante electroforesis a pH ligeramente ácido. Los péptidos ácidos (‑) emigran hacia el ánodo, los básicos (+) hacia el cátodo y los neutros no se mueven. A continuación, cada péptido es separado mediante una segunda etapa de electroforesis a pH adecuado o mediante cromatografía de intercambio ­iónico. Después que los péptidos han sido aislados, cada uno se hidroliza por completo por calefacción y se determinan los restos aminoácidos presentes por electroforesis o cromatografía. La determinación de los restos N‑terminales de los péptidos o las proteínas, se puede hacer por varios métodos: • Reacción de Sanger, que ya ha sido estudiada. • Reacción de dansilación, utilizando como reactivo el cloruro de dansilo. • Reacción de Edman, también vista anteriormente (figura 2.5). La identificación de los restos C‑terminales puede determinarse selectivamente por medio de unos enzimas, denominados carboxipeptidasas, que rompen hidrolíticamente el enlace del aminoácido C‑terminal, liberándolo. Utilizando

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    residuo N-terminal                     O                          O                                      N   C   S + H2N   CH   C   N   CH   C   N   CH   COOH                                                       R1                   H        R2                  H   R3 fenil isotiocianato tripéptido (OH‑) medio básico

pH = 9

                     S                    O                   O                                                    NH   C   N   CH   C   N   CH   C   N   CH    COOH                                                                                                              H   R1                 H        R2                 H         R3 fenil tiocarbamil derivado (PTC-Aa) (H+) medio ácido

R1 CH +  NH   C S   C                  O derivado de tiazolinona N

F3C   COOH ácido trifluoroacético

                  O            H2N   CH   C   N   CH   COOH                                               R2                H   R3 cadena peptídia con (n – 1) residuos (R)

medio ácido en disolución acuosa

(H+)

     N   C   S O   C

NH CH

 R1 feniltiohidantoín derivado del aminoácido N-terminal (PTH-Aa terminal)

La cadena peptídica permanece intacta después de la separación del aminoácido N‑terminal. Se repite el ciclo tratando el péptido (R) con el radiactivo en medio básico.

FIGURA 2.5. Identificación de los residuos N-terminal de un péptido. Degradación de Edman.

este enzima obtendremos en primer lugar un aminoácido libre y un péptido que ya tendrá un nuevo aminoácido C‑terminal, sobre el que volverá a actuar la carboxipeptidasa. De esta forma se irán liberando todos los aminoácidos de la cadena (figura 2.6). Existen otros enzimas, los aminopéptidos, que tiene especificidad por el enlace del aminoácido N‑terminal de las cadenas peptídicas. Antes de efectuar el análisis de la secuencia de aminoácidos de una proteína, se debe observar en primer lugar si la proteína consta de varias cadenas peptídicas y, en caso de que fuera así, si estas cadenas están unidas por enlaces

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Proteínas

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                                OH‑    H+

               O                 O                              H2N   CH   C   N   CH   C     N   CH   COOH                                                                       R1           H       R2               H    R3 carboxipeptidasa

H 2O

covalentes. En el caso de que no existan enlaces covalentes entre las cadenas, éstas pueden disociarse tratando la proteína con ácidos o bases.

                                             O            O H2N   CH   C   N   CH   C      +  H2N   CH   COOH                                                      OH        R1           H       R2                        R 3 cadena peptídica (n – 1) con residuo un nuevo aminoácido C-terminal C-terminal

Las cadenas pueden estar unidas entre sí (enlace intercatenario) por el puente  S   S  de una molécula de cistina, o bien una cadena simple puede poseer un enlace FIGURA 2.6. Identificación de restos de aminoácidos  S   S  entre dos de C-terminal (utilizando un enzima proteolítico denosus aminoácidos (enlace minado carboxipeptidasa). intracatenario). En cualquier caso, el primer paso a seguir es la ruptura de estos enlaces disulfuro. Un ejemplo clásico de este tipo de péptidos es la insulina. Los enlaces cruzados  S   S  pueden escindirse por oxidación con ácido perfórmico, transformándose los dos restos de hemicistina en restos de ácido cisteico. Otro método para estudiar la secuencia de aminoácidos de una cadena peptídica es la fragmentación de las cadenas por hidrólisis parcial. Se emplea normalmente la hidrólisis enzimática, ya que la hidrólisis ácida o básica produce normalmente la ruptura de la totalidad de los enlaces peptídicos. Suele utilizarse el enzima Tripsina que escinde solamente aquellos enlaces en los que la función carbonilo es aportada por los aminoácidos lisina o arginina. El número de fragmentos resultantes será igual al número de restos de lisina o arginina que hubiera en la cadena. Algunos de estos fragmentos serán dipéptidos y tripéptidos, cuyos aminoácidos serán fácilmente identificables mediante las reacciones comentadas anteriormente. Igualmente podremos utilizar la pepsina o la quimotripsina, que rompen la cadena peptídica por puntos distintos a los de la tripsina.

Estructura secundaria de proteínas Se refiere a la ordenación regular y periódica en el espacio de las cadenas polipeptídicas a lo largo de una dirección. Los enlaces que mantienen esta estructura son no covalentes; lo que se pretende es adoptar conformaciones de menor energía libre y, por tanto, más estables.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Si las rotaciones para cada átomo Ca son las mismas, la cadena adopta de forma natural una hélice. Tal hélice de subunidades repetidas puede describirse por el número de unidades o residuos de aminoácidos por vuelta de hélice, n, y por la distancia entre elementos iguales de dos aminoácidos consecutivos medida en la dirección del eje principal de la hélice, d. El producto de ambos es el paso de hélice, p, definido como la distancia entre elementos homólogos medida en la dirección del eje principal de la hélice. Para una cadena polipeptídica de dimensiones conocidas, una vez especificados los ángulos de giro, Φ y Ψ (figura 2.7), tanto n como d quedan determinados.

FIGURA 2.7. Estructuras hipotéticas formadas al variar el número (n) de residuos de aminoácido por vuelta de hélice.

Hélices Ver figuras 2.8 y 2.9.

Hélice α La hélice α fue descrita por Pauling en 1951, que hizo estudios de difracción de rayos X de cristales de aminoácidos y pequeños péptidos (figura 2.10). Hélice α:

FIGURA 2.8.

Φ = 120º ;      ψ = 120º

• 3,6 residuos de aminoácidos por vuelta (n). • La distancia entre elementos iguales de dos aminoácidos consecutivos medida en la dirección del eje principal, d = 1,5 Å.

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Proteínas

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FIGURA 2.9. Patrones de enlaces de hidrógeno.

FIGURA 2.10. Hélice a.

• El paso de hélice p = nd = 5,4 Å, se define como la distancia entre elementos homólogos medida en la dirección del eje principal de la hélice. • Los grupos R de los aminoácidos se proyectan hacia el exterior de la hélice. • Los puentes de hidrógeno se establecen entre el CO de un residuo y el NH del tercer residuo que lo sigue; estos enlaces de H son paralelos al eje mayor de la hélice, ya que los grupos CO apuntan casi directos a los NH a los que están unidos. La ordenación α‑helicoidal permite participar a cada enlace peptídico de la cadena en el establecimiento de enlaces de H intracatenarios. • La localización habitual de la hélice α es a lo largo de la parte externa de la proteína, las cadenas laterales tienden a cambiar de hidrofóbicas a hidrofílicas cada 3 ó 4 residuos. • Aminoácidos que permiten hélice α estable: Ala, Leu, Met, Phe, Tyr, Cis, His, Asn. – Inestabilizan la hélice α: Ser, Thr, Gly, Lys, Arg. – Rompen la hélice α: Pro, Pro).

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Hélice 310 Φ = 120º ;      ψ = 150º Es la otra especie helicoidal importante en la estructura globular de proteínas. • Tienen 3 residuos por vuelta (n = 3) y un puente de hidrógeno entre CO de un residuo y el NH del segundo residuo que le sigue. • Es mucho menso favorable que la hélice α para estructuras periódicas largas; sin embargo, pequeños trozos de 3 10 son frecuentes. • Los grupos CO apuntan fuera del eje de la hélice y por lo tanto el puente de H está doblado y no es muy favorable. • Pequeños trozos de 310 se han encontrado en: – Lisozima. – Hemoglobina. – Anhidrasa carbónica.

Hélice levógira Se origina cuando el ángulo ψ (C   Cα) = 310º (figura 2.11). • Tiene 3 residuos de aminoácidos por vuelta. • Los grupos CO y NH están orientados casi perpendicularmente al eje de la hélice y no pueden formar puentes de hidrógeno con grupos de la misma ca­dena. • Estas cadenas forman puentes de hidrógeno intercatenarios perpendiculares a las cadenas. • En el colágeno, 3 de estas hélices se arrollan una alrededor de otra formando una superhélice dextrógira. • Las secuencias que aparecen con mayor frecuencia son Gly-X-Pro, Gly-Pro‑X, GlyX-Hpro, por lo cual esta hélice levógira se conoce como hélice poliprolina.

Estructura β u hoja β Es el otro elemento estructural importante encontrado en proteínas glo­bulares.

FIGURA 2.11. Hélice levógira de poliprolina.

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Proteínas

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Las hojas β están “plegadas”, con C α, sucesivamente arriba y abajo del plano de la hoja. Hay dos tipos de hojas β: paralelas y antiparalelas, que difieren en el patrón de puentes de H. • Las hojas antiparalelas tienen puentes de hidrógeno perpendiculares a las hebras, alternando los enlaces próximos con otros más espaciados (figura 2.12a). • Las hojas paralelas tienen enlaces de hidrógeno espaciados regularmente que forman ángulo respecto a las hebras al enlazarlas (figura 2.12b). • La estructura β paralela tiene lugar en hojas con un mínimo de 5 hebras. Están siempre completamente ocultas protegidas a ambos lados por hélice α. Es menos estable que la antiparalela. • La estructura β antiparalela frecuentemente toma la disposición de un cordón torcido de 2 hebras solamente. Tienen un lado expuesto al solvente y el otro oculto, por lo que presentan alternancia de hidrofobicidad.

FIGURA 2.12. Estructura en hoja b plegada. (A) Estructura en hoja plegada de cadenas paralelas. (B) Estructura en hoja plegada de cadenas antiparalelas.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Estructura terciaria La disposición e interelación de las cadenas plegadas de una proteína (estructura secundaria) en una forma específica mantenida por uniones salina, enlaces de hidrógeno, puentes disulfuro, fuerzas de Van der Waals, interacciones hidrofóbicas, actuando conjuntamente proporcionan gran estabilidad a la proteína y constituyen la estructura terciaria. Los enlaces que mantienen esta estructura son: • Enlace covalente: Consiste, como sabemos, en una compartición de electrones, siendo siempre un enlace fuerte, que da lugar a una gran estabilidad de la cadena proteica. El más impotente es el llamado puente disulfuro. • Enlace iónico: Es un puente salino. Se debe a dos grupos polares de las cadenas de aminoácidos, que según el pH poseerán carga eléctrica positiva o negativa. Estos enlaces no son demasiado numerosos ya que al estar los aminoácidos en disolución, tendrán sus grupos polares saturados por los dipolos moleculares del agua. • Enlace por puente de hidrógeno: Se forman entre el C   O del grupo carboxílico y un grupo de la cadena que tenga H activo. Son muy numerosos y son de capital importancia en la estabilización de la molécula, dada su gran cuantía. • Enlace por fuerzas de Van der Waals: Se forman entre las cadenas laterales que poseen radicales. Aunque los restos hidrocarbonados son apolares, tiene interacciones débiles por este tipo de fuerzas. Estas interacciones son debidas a irregularidades en la distribución de los electrones alrededor del núcleo dando lugar a dipolos instantáneos que implican atracciones y repulsiones de tipo electrostático. • Enlaces hidrofóbicos: Son interacciones entre las cadenas laterales no polares de aminoácidos como la alanina, valina, etc., dentro de envolturas de agua. Estas interacciones pueden tener lugar entre cadenas laterales de varias moléculas o se pueden presentar entre las cadenas de una misma molécula; ocurren ante la incapacidad de las cadenas laterales no polares de interaccionar con el agua, ya sea iónicamente o a través de enlaces hidrofóbicos. • Enlace coordinado: Son estos enlaces de importancia en todas las interacciones entre metales de transición y biomoléculas, por ejemplo Fe 2+, en la hemoglobina y citorcromos, el Co3+ en la vitamina B12 (figura 2.13).

Estructura cuaternaria La organización de las proteínas producida por ajuste de las estructuras arrollada y plegada, para formar una estructura funcional agregada, se llama es-

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Proteínas

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tructura cuaternaria. En este nivel de organización las subunidades de proteínas se conservan unidas esencialmente por influjo de fuerzas no covalentes. La asociación de estructuras terciarias se denomina “agregado estable”. Solamente poseen este nivel aquellas proteínas formadas por varias cadenas polipeptídicas y podemos definirla como la asociación de subunidades semejantes o diferentes de la proteína en oligómeros (por ello las proteínas que tiene este tipo de estructura se denominan Oligoméricas). Para realizar su función biológica muchas proteínas requieren más de una subunidad en su estructura, por ejemplo la hemoglobina, la actomiosina, etc. FIGURA 2.13. Distintos tipos de enlaces en proteínas. (A)  Covalente (Cys-Cys). (B) Salino o electrostático. (C) Hidrofóbico (Phe-Phe). (D)  Polar (Ser-Thr). (E) Enlace de hidrógeno (Tyr-Asp).

En 1976 Levitt y Chothia demostraron que las proteínas cuyas estructuras se asocian hasta ese momento podrían asignarse a una de cinco clases estructurales. Estas clases fueron definidas en función de la presencia y disposición de hélices α y hojas β, elementos estructurales mayoritarios de las proteínas globulares. Estas clases son: 1. CLASE I: Las “proteínas α totales” en la cual sólo están presentes hélices α y se empaquetan juntas en una forma globular. 2. CLASE II: Las “proteínas β totales” en las cuales sólo están presentes estructuras β generalmente como dos hojas β antiparalelas. 3. CLASE III: Las “proteínas α + β”, en las cuales están presentes estructuras α y β pero segregadas en la estructura terciaria. 4. CLASE IV: Las “proteínas α / β” en las cuales segmentos estructurales α y β se alternan en la estructura primaria dando una estructura terciaria que se caracteriza por una zona central de hebras β mayormente paralela, flanqueada a ambos lados por hélices α. 5. CLASE V: Las “proteínas en espiral” recubren aquellas moléculas, principalmente pequeñas ricas en puentes disulfuro o asociadas con un cofactor grande, y tienen una estructura secundaria pequeña (figura 2.14).

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

(A) Estructura primaria Asp-Thr-Gly-His-Met-Asp hélice a  

(B) Estructura secundaria hoja b  

(C) Estructura terciaria

(D) Estructura cuaternaria

FIGURA 2.14. Niveles estructurales de las proteínas.

Desnaturalización de proteínas Cada tipo de molécula posee, en su estado nativo, una forma tridimensional característica que es conocida como su conformación o estructura. El mantenimiento de esta estructura es fundamental para el normal funcionamiento de la proteína en cuestión, y una pérdida de esta conformación suele implicar una alteración en la misión biológica de la molécula proteica. Esta pérdida de la estructura tridimensional de una proteína, se conoce como Desnaturalización. En la desnaturalización se producen cambios en las propiedades físicas, química y biológicas de una molécula proteica, por ejemplo: • Disminución de la solubilidad. • Disminución en la simetría. • Disminución o pérdida total de la actividad biológica original.

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Proteínas

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• Aumento en la reactividad química, en particular de los grupos ionizables. • Aumento en la susceptibilidad a la hidrólisis por medio de enzimas proteolíticos. • Alteración en la estructura interna y disposición de las cadenas peptídicas, sin rotura de los enlaces peptídicos. Las principales causas de la desnaturalización son: • Un cambio significativo en el pH de la solución de la proteína. • Cambios de temperatura, fundamentalmente a temperaturas altas. • Concentraciones alta de compuestos polares neutros como la urea o la guanidina, ya que esos compuestos rompen los enlaces de hidrógeno formando otros enlaces nuevos. • Tratamiento con disolventes orgánicos, etanol, acetona, etc. • Radiación ultravioleta. • Vibración ultrasónica, agitación enérgica de las soluciones acuosas. Generalmente la desnaturalización es un proceso irreversible, dependiendo éste de la intensidad y duración del tratamiento desnaturalizante. Hay excepciones tales como la desnaturalización de la hemoglobina con ácido y renaturalización por neutralización en condiciones apropiadas. La desnaturalización de la Ribonucleasa pancreática por acción del calor y la renaturalización por enfriamiento (figura 2.15).

FIGURA 2.15. Desnaturalización de una proteína y su inversión.

Puede afirmarse en general que la desnaturalización es reversible si no hay rotura de los enlaces disulfuro presentes en la proteína nativa, es decir, rotura de enlaces covalentes fuertes.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Propiedades químicas de las soluciones proteicas. Solubilidad. Precipitación  Las proteínas como electrólitos Las proteínas son polielectrólitos anfóteros debido a que contienen los grupos amino y carboxilo. Las propiedades electrolíticas de las proteínas están en función de estos grupos ionizables. Cada cadena abierta de una proteína contiene sólo un grupo α‑amino libre y un grupo α‑carboxilo libre, por lo cual su influencia es relativamente pequeña en cuanto a las propiedades electrolíticas. Sin embargo, varios de los aminoácidos componentes de proteínas contienen grupos ionizables que no intervienen en la formación del enlace peptídico. Tal es el caso de la lisina, la arginina, la histidina y el ácido glutámico, etc. Análogamente al comportamiento de los aminoácidos en solución, se vio que las proteínas existen como cationes complejos en solución ácida y, cuando se titulan con álcalis (se aumenta el pH), muestran etapas de disociación de ion H +, bien sucesivas o superpuestas, con formación de zwiteriones y, finalmente, aniones proteínicos. Aunque en los procesos de disociación de proteínas intervienen muchos grupos ionizables, de los cuales varios pueden entrar en función simultáneamente, el proceso general puede representarse por una ecuación química, la cual, sin indicación de los números de cargas y de los iones hidrógeno que interviene, puede formularse como sigue: proteína+     H+  +  +proteína zwitterión‑     H+  +  proteína‑           (catión)                  (ion dipolar)               (anión) Las curvas de titulación de proteínas correspondientes a los equilibrios anteriores, son del tipo de la mostrada en la figura 2.16. Éste sería el caso de una curva para una proteína. Las curvas se extienden sobre una amplia gama de pH y no muestran cambios bruscos, lo que se debe al gran número de grupos que se ionizan sucesiva y simultáneamente para la mayor parte del intervalo de pH. Esta característica es lo que hace que las proteínas actúan como tampones o buffers. El pH isoeléctrico de una proteína es aquel en el cual la proteína no emigra en un campo eléctrico. A este pH, la proteína existe en la forma de ion dipolar o zwiterión, en el cual las cargas positivas son iguales a las cargas negativas, y la carga neta es cero. El punto isoiónico de una proteína es el pH al cual el número de iones H+ disociados de la proteína es igual al número de estos iones que la proteína toma de la solución.

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Proteínas

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Los valores de pH isoeléctrico e isoiónico son iguales cuando la proteína no se combina con otros iones que el H+. En general, en presencia de sales aniones y cationes de la sal se asociarán probablemente en grados algo distintos, con las cargas de la proteína y cambiarán apreciablemente su movilidad en un campo eléctrico y el pH isoeléctrico.

FIGURA 2.16.

Las proteínas actúan como amortiguadores a uno y otro lado del pH isoeléctrico. En definitiva, la capacidad amortiguadora de las proteínas se basa en el sistema proteína / proteinato.

Solubilidad y precipitación La solubilidad de una proteína es función de la composición iónica del medio (Na+, K+, Ca++, Mg++), de la fuerza iónica µ y del pH. También depende de las proporciones y distribución de los grupos hidrófílicos polares (amigos del agua, gran viscosidad) y de los hidrofóbicos no polares (enemigos del agua, escasa viscosidad), en la molécula, del momento dipolar resultante en la proteína y de la temperatura. Los grupos polares iónicos de las moléculas de proteína entran en interacción electrostática dentro de la misma molécula y con moléculas circundantes, con tendencia a formar agregados, lo cual disminuye la solubilidad. Esta interacción entre grupos cargados de la proteínas disminuye en agua pura, con una constante dieléctrica alta; esto es, el grado de interacción es inversamente proporcional a la constante dieléctrica del disolvente. Las moléculas de agua, polares, entran en interacción con los grupos polares de las proteínas y tienden a aumentar su solubilidad. La adición de un disolvente orgánico, como acetona o alcohol, a una solución de proteína en agua, disminuye la constante dieléctrica del disolvente, desplaza también algunas de las moléculas de agua asociadas con la proteína, y reduce la concentración del agua presente en la solución. Estos efectos tienden a disminuir la solubilidad de la proteína, y por ello se utiliza frecuentemente la adición de estos disolventes para precipitar proteínas de sus soluciones.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Si se agregan a una solución de proteína en agua pura pequeñas cantidades de sal, disminuye el coeficiente de actividad de la proteína y su solubilidad aumenta. Este fenómeno, llamado disolución salina o “salting in”, se debe a las fuerzas de atracción entre los iones de la proteína y los iones de la sal. A concentración de sal baja el aumento en el logaritmo de la solubilidad de la proteína es proporcional a la fuerza iónica del disolvente. El “salting in” se explica porque al añadir una pequeña cantidad de iones extraños se aumenta el desorden molecular, con ello la entropía se hace mayor y no habiendo variación de entalpía, el cambio de energía libre es negativo y esto supone una tendencia espontánea al aumento de la solubilidad. Ahora bien, a concentraciones elevadas de sales muy solubles, como sulfato amónico, se observa precipitación salina o “salting out” de las proteínas, la cual depende de la disminución de la actividad del agua, lo que a su vez disminuye las interacciones solubilizantes entre el agua y los grupos de la proteína. Es decir, que cuando aumenta mucho la cantidad de iones extraños, la interacción proteína-proteína se hace mayor que la interacción proteína-agua, baja la movilidad de las cargas proteicas y las proteínas precipitan. La solubilidad, S, de muchas proteínas a concentraciones altas de sal, disminuye logarítmicamente a medida que aumenta la concentración de sal: log S = β ‑ Ks µ      Relación de Cohn Donde: S = solubilidad de la proteína en la solución salina; µ = fuerza iónica de la solución salina; β = solubilidad de la proteína en agua pura (en general, hipotética y obtenida por extrapolación de la curva de solubilidad para µ = 0); Ks = constante de precipitación salina. Esta relación se puede presentar gráficamente de la forma que aparece en la figura 2.17. La fuerza iónica de una sal ionizada es igual a la mitad de la suma de la concentración de cada ion multiplicada por el cuadrado de la valencia de este ion: m=

1 2

c Z 2

log S (g / litro)

b

Ejemplo: Para una solución 0,1 M de NaCl, la fuerza iónica será: m=

1 [(0,1) ·  12 + (0,1) ·  12] = 0,1 2

m

FIGURA 2.17.

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Proteínas

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para una solución de iones monovalentes la concentración molar es igual a la molaridad. Para una solución de Na2SO4 : m=

1 (0,2 ·  12 + 0,1 ·  22) = 0,3 2

El factor actividad depende de la naturaleza del ion considerado, de su concentración y de su carga o valencia, así como de la formación de otros iones en la disolución: ‑log f = 0,5 ·  Zi2  m  El efecto de una sal neutra K2SO4 , sobre la solubilidad de la carbonilhemoglobina, a su pH isoeléctrico se representa en la figura 2.18. Vemos que la fuerza iónica baja hace que la proteína se solubilice, aumenta la solubilidad. Pero cuando se hace elevada, disminuye la solubilidad y la proteína precipita. El pH de la solución también influye en la solubilidad de la proteína. La dependencia se indica en la gráfica que aparece en la figura 2.19 para distintos valores de la concentración de sal. Las proteínas pueden precipitarse de sus soluciones por diversos iones positivos o negativos. Los iones positivos de uso más común para precipitar proteínas son los metales pesados: Zn++, Cd++, Hg++, Fe+++, ... Estos iones precipitan proteínas de soluciones a pH superior al isoeléctrico de cada proteína, porque a este pH la proteína está disociada como proteína negativa que se combina con el ion metálico positivo para dar un precipitado insoluble de proteinato del metal.

FIGURA 2.18.

FIGURA 2.19.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Los iones negativos se combinan con proteínas en forma de proteína positiva (el pH de la solución es ácido respecto del punto isoeléctrico de la proteína) y forman sales de proteínas. Entre los precipitantes de las proteínas por acción de iones negativos figuran los ácido wolfrámico, pícrico, tánico, trocloroacéitco, etc.

Clasificación de proteínas  Cuadro sinóptico Albúminas Globulinas Glutelinas Prolaminas Protaminas Histonas

A) Globulares  (I) Simples 

B) Fibrosas 

Proteínas 

Escleroproteínas 

(II) Conjugadas o compuestas 

Colágeno Elastina Queratina

Nucleoproteínas Lipoproteínas Glucoproteínas Fosfoproteínas Cromoproteínas Metaloproteínas Hemoproteínas Flavoproteínas

Por su composición • Simples. • Conjugadas. Simples u Holoproteínas: Son aquellas que por hidrólisis total dan sólo aminoácidos: • Albúminas. • Globulinas. • Glutelinas. • Prolaminas. • Protaminas.

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Proteínas

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• Histonas. • Escleroproteínas: – Colágeno – Elastina. – Queratina. Conjugadas o Heteroproteínas: Son aquellas que por hidrólisis producen no solamente aminoácidos sino también otros componentes orgánicos o inorgánicos. La porción no aminoácido se denomina grupo prostético. Las proteínas conjugadas se clasifican de acuerdo con la naturaleza de su grupo prostéticos: • Nucleoproteínas: Su grupo prostético son los ácidos nucleicos. • Lipoproteínas: Su grupo prostético son fosfolípidos, colesterol, triglicéridos. • Glucoproteínas: Cuyo grupo prostético son los carbohidratos. Por hidrólisis dan aminoazúcares y monosacáridos y / o derivados de estos. • Fosfoproteínas: Su grupo prostético contiene fósforo, en forma de ácido ortofosfórico. • Cromoproteínas: Son proteínas conjugadas con un grupo cromoforo (sustancia coloreada que contiene un metal). • Metaloproteínas: Contienen metales dentro de la misma molécula proteica. • Hemoproteínas: Cuyo grupo prostético es la ferroprotoporfirina. • Flavoproteínas: Cuyo grupo prostético es flavin-nucleótido.

Por sus propiedades físicas y su solubilidad • Albúminas: Son solubles en agua y soluciones salinas diluidas. Coagulan con el calor. Precipitan en disolución con sulfato amónico a saturación. • Globulinas: Coagulan por el calor. Precipitan con sulfato amónico por semisaturación. Solubles en soluciones de ácidos y bases fuertes. • Glutelinas: Solubles en soluciones de ácidos y bases diluidas. Insolubles en disolventes neutros. Coagulan por el calor. Se encuentran en el trigo. • Prolaminas: Solubles en alcohol al 70 a 80%. Insolubles en agua, disolventes neutros y alcohol absoluto. No son coagulables por el calor. Son ricas en Prolina, de ahí su nombre. • Protaminas: Solubles en agua y en amoniaco diluido. No coagulan por el calor. Son polipéptidos básicos. • Histonas: Solubles en agua y ácidos diluidos. Insolubles en amoniaco diluido. No coagulan por el calor. Son muy básicas. • Escleroproteínas: Insolubles en agua, soluciones salinas, ácidos y bases diluidos y alcohol. Forman parte de los tejidos de sostén y revestimiento.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Por su conformación Conformación de una proteína es la forma tridimensional característica que posee en su estado nativo. • Fibrosas: Constituidas por cadenas polipeptídicas ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje, formando fibras o láminas largas. Son resistentes, insolubles en agua o en disoluciones salinas diluidas. Son elementos básicos estructurales del tejido conjuntivo de los animales superiores: – Colágeno: Tendones y matriz de los huesos. – Elastina: Tejido conjuntivo elástico (ligamentos). – Queratinas: Cabello, cuerno, uñas, plumas, pelos. • Globulares: Constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estructuralmente de modo que adoptan formas esféricas o globulares compactas. Son solubles en agua. Su función en la célula es dinámica. – Enzimas (la mayor parte). – Anticuerpos. – Proteínas de transporte: Albúmina y hemoglobina. – Proteínas básicas: Protaminas, Histonas.

Por sus grupos prostéticos Son las proteínas conjugadas que se clasifican atendiendo a la naturaleza de su grupo prostético. Son heteroproteínas ya estudiadas anteriormente.

Por su función biológica • Enzimas: Son catalizadores biológicos muy específicos. Algunos enzimas son más especializados y además de su actividad catalítica tienen función reguladora, son los enzimas alostéricos. La mayoría son proteínas globulares: – Hexoquinasa: Fosforila la glucosa. – DNA-polimerasa: Replica y repara el DNA. • Proteínas de reserva: Almacenan aminoácidos como elementos nutritivo. – Ovoalbúmina (clara de huevo). – Caseína (leche).

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Proteínas

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• Proteínas transportadoras: Son capaces de unirse y transportar tipos específicos de moléculas. – Seroalbúmina: Transporta ácidos grasos libres en la sangre entre el tejido adiposo y otros órganos. – Hemoglobina: Transporta O 2 en la sangre. – Mioglobina: Transporta O2 en el músculo. – β‑Lipoproteína: Transporta lípidos en sangre. • Proteínas protectoras: Tienen función de defensa: – Anticuerpos: Forman complejos con proteínas extrañas. – Fibrinógeno: Precursor de la fibrina en la coagulación. – Proteína del complemento: Forman complejos con algunos sistemas extraños (bacterias). • Proteínas contráctiles: Actúan como elementos esenciales en sistemas motiles y contráctiles: – Miosina: Filamentos estacionarios de las miofibrilla. – Actina: Filamentos móviles de las miofibrillas. • Hormonas: Son moduladoras de las funciones del organismo: – Insulina: Regula el metabolismo de la glucosa. – Hormona del crecimiento: Estimula el crecimiento de los huesos. • Proteínas estructurales: Actúan como elementos estructurales, son las Escleroproteínas estudiadas anteriormente: – Colágeno: Tejido conectivo fibroso (tendones, hueso, cartílago). – Elastina: Tejido conectivo elástico (ligamentos) – Queratinas: Piel, plumas, uñas, pezuñas.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests



Preguntas test 

1 El grupo hidroxilo fenólico está presente en la molécula de: a Lisina.

b Prolina.

c Tirosina.

d Treonina.

e Histidina.

2 El ácido α‑amino, β‑fenilpropiónico es el aminoácido: a Treonina.

b Fenilalanina.

d Prolina.

e Triptófano.

c Leucina.

3 ¿Cuál de los siguientes grupos está presente en la estructura de la histidina? a Guanidínico.

b γ‑carboxílico.

d Imidazol.

e Sulfhidrilo.

c ε‑amino.

4 ¿Cuál de los siguientes aminoácidos presenta la fórmula molecular C 6H 15O 2N 4? a Arginina.

b Histidina.

d Lisina.

e Triptófano.

c Metionina.

5 Una de las siguientes fórmulas moleculares es correcta: a Histidina: C6H9O2N2.

b Arginina: C6H12O2N4.

c Metionina: C5H15O2N4.

d Valina: C5H11ON.

e Serina: C3H7O3N. 6 Un aminoácido, que en forma no ionizada posee 5 átomos de carbono y uno de azufre, po­d ría ser: a Glutamina.

b Metionina.

d Valina.

e Cisteina.

c Cisteína.

7 De los siguientes aminoácidos, ¿cuál es más polar a pH 7? a Leucina.

b Fenilalanina.

d Valina.

e Metionina.

c Cisteína.

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Proteínas

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8 De los siguientes aminoácidos, ¿cuál tiene sus grupos amino y carboxilo ionizado a pH = 6? a Lisina.

b Tirosina.

c Asparagina.

d Histidina.

e Ácido Aspartico.

9 ¿Cuál de los siguientes aminoácidos presenta carácter básico? a Lisina.

b Ácido Glutámico.

d Glutamina.

e Alanina.

c Prolina.

10 ¿Cuál de las siguientes proteínas se clasifica como simple, fibrosa y con función estructural? a Albúmina.

b Elastina.

c Inmunoglobulinas.

d Insulina.

e Hemoglobina. 11 ¿Cuál de los siguientes enlaces no participa en la estabilización de la estructura cuaternaria de proteínas? a Enlaces por puente de hidrógeno. b Interacciones iónicas. c Interacciones de Van der Waals. d Enlaces disulfuro. e Enlaces electrostáticos. 12 Uno de los siguientes aminoá­c idos corresponde al ácido alfaamino, beta-hidroxi-butírico. ¿Cuál? a Alanina.

b Serina.

d Glicocola.

e Histidina.

c Treonina.

13 ¿Cuál de los siguientes aminoácidos no es esencial? a Metionina.

b Alanina.

d Treonina.

e Isoleucina.

c Lisina.

14 La histidina para el ser humano se clasifica: a Como aminoácido no esencial. b Como aminoácido esencial. c Como aminoácido esencial aunque sólo para los lactantes.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d Como aminoácido ácido. e Todo lo anterior es cierto. 15 Aminoácidos no proteicos: ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera? a La β‑Alanina se incorpora a la estructura del coenzima A. b La Citrulina no interviene en el llamado “ciclo de la urea”. c La Taurina no se conjuga con los ácidos biliares en el hígado. d El ácido γ‑aminobutírico posee actividad antitumoral. e La Azaserina es un agente químico para la transmisión del impulso nervioso. 16 De los siguientes compuestos, ¿cuál pertenece a los denominados aminoácidos no proteicos? a Hidroxiprolina.

b Hidroxilisina.

d Alanina.

e Azaserina.

c Desmosina.

17 En relación con la actividad óptica de aminoácidos, ¿qué afirmación es cierta? a Los aminoácidos naturales normalmente son de la familia D. b Sólo hay un aminoácido, la Glicina, que posee dos carbonos asimétricos. c La actividad óptica se debe a la presencia de carbonos asi­mé­tri­cos y a la asimetría molecular de la molécula. d Todos los aminoácidos son ópticamente activos. e Nada de lo anterior es cierto. 18 En relación con la isomería de los aminoácidos, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a Los enantiómeros son dos isómeros ópticos. b La glicina no presenta isomería óptica. c Los antípodas ópticos son imágenes especulares uno del otro. d Los diasteroisómeros no son entre sí imágenes especulares uno de los otros. e Los diasteroisómeros son entre sí imágenes especulares uno de los otros.

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19 Una mezcla racémica es: a Una aminoácido con dos carbonos asimétricos. b Un aminoácido que presenta una plano de simetría. c Una forma activa de un aminoácido. d Una mezcla equimolecular de dos antípodas ópticos. e Dos moléculas de Cisteína. 20 En relación con la isomería de los aminoácidos qué afirmación es cierta: a La glicina posee átomos de carbono asimétricos. b La treonina posee solo un átomo de carbono asimétrico. c La isoleucina posee dos átomos de carbono asimétricos. d El racémico o racemato es una forma activa por compensación. e La alanina no posee átomos de carbono asimétricos. 21 Entre los siguientes pares de aminoácidos hay uno que tiene dos carbonos asimétricos en cada aminoácido: a Prolina-Isoleucina.

b Usoleucina-Metionina.

c Treonina-Arginina.

d Triptófano-Treonina.

e Treonina-Isoleucina. 22 En los aminoácidos, se ha tomado como patrón de referencia para el estudio de los esteroisómeros: a El ácido Láctico.

b El ácido Tartárico.

d La Alanina.

e Ninguno de éstos.

c El Gliceraldehído.

23 Se denomina punto isoeléctrico de un aminoácido: a Aquel valor de pH para el cual la concentración de la forma aniónica es igual a la de la forma catiónica. b pI = pK1 + pK2. c Aquel valor del pH en el que el aminoácido se desplazaría al ser sometido a una campo eléctrico. d Aquel valor del pH en el que el aminoácido existe en forma catiónica. e Aquel valor del pH en el que el aminoácido está en forma aniónica.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

24 En relación con el punto isoeléctrico (pI) de un aminoácido, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a El número de cargas positivas es igual al número de cargas nega­ tivas. b El aminoácido no tiene una carga neta. c El aminoácido se desplazaría sometido a la acción de un campo eléctrico. d Es el valor del pH para el cual la concentración de la forma aniónica es igual a la de la forma catiónica. e El punto isoeléctrico (pI) es la media aritmética de los pKs de los grupos carboxilo y amino [pI = (pK1 + pK2) / 2]. 25 Los pK de un aminoácido resultaron ser: 2,1; 3,9 y 9,8. Se puede indicar que se trata de: a Lisina.

b Histidina.

d Cisteína.

e Ácido Glutámico.

c Alanina.

26 Los pK de un aminoácido son: 2,2; 9,1 y 12,5. Se puede intuir que se trata de: a Ácido Aspartico.

b Arginina.

d Glutamina.

e Leucina.

c Valina.

27 El anillo del indol es propio de: a Tirosina.

b Glicina.

c Triptófano.

d Histidina.

e Fenilalanina.

28 ¿Cuál de los siguientes aminoácidos contiene azufre y no se encuentra en las proteínas? a Homocisteína.

b Homoserina.

d Cisteína.

e Serina.

c Metionina.

29 En las reacciones de aminoácidos debidas al grupo amino, el dinitrofluorbenceno es el reactivo de: a La reacción de Edman.

b La reacción de la Ninhidrina.

c La reacción de Sanger.

d La reacción de Millón.

e Reacción de formación de mercáptidos.

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Proteínas

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30 ¿Cuál de las siguientes propiedades no es específica del grupo carboxilo de un aminoácido? a Formación de esteres. b Desaminación oxidativa. c Formación de aminas, por decarboxilación. d Formación de amidas. a Todas son específicas del grupo carboxilo. 31 En la reacción de Edman, el reactivo es: a Dinitrofluorobenceno.

b Ioduro de Metilo.

c Nitroprusiato sódico.

d Cloruro de dansilo.

e Fenilisotiocianato. 32 ¿Cuál de las siguientes reacciones es específica del grupo amino de un aminoácido? a Por oxidación no se produce la desaminación oxidativa. b El fenilisotiocianato (PITC) no reacciona con la amina. c La formación de betainas. d El dinitrofluorobenceno (DNFB) no se combina con la amina del aminoácido. e Ninguna es específica del grupo amino de una aminoácido. 33 En relación con los aminoácidos, ¿qué reacción nos permite determinar cuantitativamente los aminoácidos por gasometría? a Reacción de Sanger.

b Reacción con la ninhidrina.

c Reacción de Edman.

d Reacción del Millón.

e Ensayo con nitroprusiato. 34 En relación a la reacción de los aminoácidos con ninhidrina, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a Permite determinar cuantitativamente los aminoácidos. b La Ninhidrina es reducida. c Se obtiene CO2 en la reacción d El aminoácido se transforma en un aldehído con dos átomos de carbono menos. e Se obtiene amoniaco en la reacción.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

35 Reacciones de aminoácidos azufrados: a La Cisteína, produce una coloración rojo-violácea con nitroprusiato sódico. b La Cisteína, forma un color rojo con nitrato de mercurio. c La Cisteína, produce un color amarillo con Ninhidrina. d La Cisteína forma mercáptidos con el ion plata. e La a y la d son ciertas. 36 La cisteína es capaz de dar mercáptidos tratándola con: a El ión hierro.

b Nitroprusiato sódico.

c Nitrato cálcico.

d Los iones plata o mercurio.

e Grupos metilos. 37 La formación de betaínas se produce por: a Metilación de aminoácido.

b Tratar con ácido perfórmico.

c Con formol.

d Con amoniaco.

e Con cloruro de dansilo. 38 ¿Cuál de estas reacciones es debida al grupo carboxílico? a Reacción de Sanger. b Reacción de Edman. c Reacción de Millón. d Reacción de formación de amidas. e Reacción de formación de betaínas. 39 El reactivo de Edman reacciona en un péptido con: a Grupos indólicos. b Grupos cisteína. c Grupos amino terminales. d Grupo α‑amino del enlace peptídico. e Grupos carboxilo terminales. 40 La ninhidrina reacciona con los aminoácidos debido a una: a Deshidrogenación. b Reducción del grupo amino. c Segmentación de la cadena lateral.

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Proteínas

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d Descarboxilación oxidativa. e Nada de lo anterior es cierto. 41 Todas las siguientes son proteínas globulares excepto una que es fibrosa. ¿Cuál es? a Histona.

b Queratina.

d Albúmina.

e Globulinas.

c Protamina.

42 ¿Cuál de los siguientes aminoácidos es esencial en la dieta humana? a Alanina.

b Triptófano.

d Aspártico.

e Prolina.

c Glutamina.

43 Se practicó la electroforesis sobre papel a pH próximo a 7, de una mezcla de glicocola, alanina, glutámico, lisina y arginina. ¿Cuál de ellos se mueve hacia el ánodo? a Glicocola.

b Alanina.

d Lisina.

e Arginina.

c Glutámico.

44 Enlace peptídico: ¿Qué afirmación es cierta? a No existe libre rotación en el enlace 

 NH   C  .

b No existe libre rotación en el enlace 

 C   CO  .

c Existe libre rotación sobre el eje del enlace  d Existe libre rotación en los enlaces 

 C   N  .

 C   NH    y 

 C   CO  .

e Nada de lo anterior es cierto. 45 Enlace peptídico: a Todos los átomos de carbono participantes poseen hibridaciones sp2. b La orientación geométrica de los átomos de O y de H en el enlace peptídico es de tipo Cis. c La orientación geométrica de los átomos de O y de H en el enlace peptídico es de tipo Trans. d La gran estabilidad del enlace peptídico se debe a que presenta una hibridación sp3. e Todo lo anterior es cierto.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

46 En relación a los enlaces peptídicos, ¿qué afirmación es cierta? a Los grupos R unidos a los carbonos α, están dispuestos de un modo repetitivo Cis. b Los carbonos α tienen hibridación sp2. c El número de átomos que guardan coplanaridad es cuatro. d El enlace 

 C   N    del agrupamiento amídico posee cierto carácter

de doble enlace. e El enlace     C   O  del enlace

peptídico no posee carácter de enlace simple.

47 En relación con el enlace peptídico, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es verdadera? a Presenta una hibridación semejante a la sp3. b La cadena proteica sólo puede girar por sus Ca, pero nunca por el enlace peptídico. c La orientación del oxígeno del carbonilo y del hidrógeno amídico es “cis”. d El enlace C   N es sencillo y el C   O es doble. e Todas son falsas. 48 Estructura en hoja plegada de proteínas: a Se estabiliza por puentes de hidrógeno intracatenarios. b Predomina en las proteínas globulares. c No se encuentra en las proteínas fibrosas. d Se estabiliza por puentes de hidrógeno intercatenarios. e Nada de lo anterior es cierto. 49 La estructura α‑hélice de las proteínas: a Se estabiliza por puentes de hidrógeno intermoleculares. b Tiene siempre una configuración helicoidal levógira. c Cada vuelta de hélice comprende 3,6 residuos de aminoácidos. d Es la adoptada por la fibroína de la seda. e Se estabiliza por la presencia de enlaces disulfuros.

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Proteínas

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50 En relación con la estructura secundaria de las proteínas, ¿qué afirmación es falsa? a La hélice levógira de poliprolina tiene tres residuos de aminoácidos por vuelta. b La hélice a se estabiliza por enlaces de hidrógeno intracatenarios. c La hélice 310 tiene tres residuos de aminoácidos por vuelta. d Las estructuras b tiene enlaces de hidrógeno intracatenarios. E Las hojas antiparalelas son más estables que las paralelas. 51 Niveles de estructuras en proteínas: a La cuaternaria hace referencia a la asociación de subunidades semejantes o diferentes de la proteína en oligómeros, estabilizados por fuerzas no covalentes. b La primaria se refiere a la orientación geométrica de la cadena polipeptídica que sirve de esqueleto al polímero. c La secundaria se refiere a la arquitectura tridimensional completa de la proteína, incluyendo la orientación de los posibles grupos prostéticos. d La terciaria se refiere a la agregación de las cadenas polipep­tí­dicas. e Todo lo anterior es cierto. 52 Cuando se habla de estructura secundaria y terciaria de una proteína, se hace referencia, principal y respectivamente a: a Interacciones electrostáticas. b Secuencia de aminoácidos; enlaces por puentes de hidrógeno. c Enlaces por puente de hidrógeno; enlaces hidrofóbicos y otros tipos de enlaces. d Fuerzas de Van der Waals; fuerzas repulsivas. e Enlaces disulfuros; enlaces covalentes coordinados. 53 Se denomina oligómera a la proteína que tiene: a Varios puentes de hidrógeno.

b Estructura de hoja plegada.

c Varios enlaces covalentes.

d Varias cadenas polipeptídicas.

e Pocos aminoácidos. 54 En la estructura cuaternaria, el término protómero indica: a La secuencia de aminoácidos. b La estructura global de la proteína.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

c El conjunto de las cadenas polipeptídicas. d Cada una de las cadenas polipeptídicas individuales. e Nada de lo anterior es cierto. 55 Referente a la estructura en hoja plegada o beta, ¿qué afirmación es cierta? a La estructura en hojas Beta paralelas tiene lugar con dos hebras solamente. b Las hojas β‑antiparalelas necesitan fundamentalmente al menos cinco hebras. c Las hojas β‑antiparalelas están generalmente ocultas, protegidas por otra cadena, frecuentemente hélices α. d Las hojas β‑antiparalelas son más estables que las paralelas. e Las hojas β‑paralelas son más estables que las antiparalelas. 56 ¿Qué afirmación es cierta teniendo presente el tipo de enlace característico de las hojas β? a Las hojas antiparalelas tienen puentes de hidrógeno perpendiculares a las hebras. b Las hojas antiparalelas tienen enlaces de hidrógeno que forman ángulo con respecto a las hebras enlazadas. c Las hojas paralelas y antiparalelas tienen el mismo tipo de enlace, espaciados regularmente. d Las hojas paralelas tienen enlaces de hidrógeno perpendiculares a las hebras, alternando los próximos con los más espaciados. e Las hojas paralelas presentan generalmente enlaces intramoleculares. 57 ¿Cuál de las siguientes interacciones contribuye al mantenimiento de la estructura primaria de las proteína? a Interacciones de Van der Waals. b Puentes de hidrógeno. c Fuerzas hidrófobas.

d Enlaces covalentes.

e Interacciones electrostáticas. 58 El ácido perfórmico se usa en el estudio de la conformación de proteínas porque: a Rompe enlaces disulfuro. b Sirve para conocer el aminoácido NH2 terminal. c Sirve para conocer el aminoácido COOH.

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Proteínas

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d Cuantifica los enlaces por puentes de hidrógeno. e Analiza los aminoácidos básico presentes. 59 La estructura secundaria en alfa-hélice se rompe si en la secuencia de aminoácidos está: a Tirosina.

b Fenilalanina.

d Prolina.

e Leucina.

c Valina.

60 La desnaturalización de las proteínas: a Aumenta la solubilidad. b Sólo altera su estructura primaria. c Aumenta su reactividad química. d Disminuye la resistencia a la hidrólisis por los enzimas proteolíticos. e Aumenta su estructura helicoidal. 61 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre la hélice α es falsa? a Se estabiliza por enlaces intramoleculares de hidrógeno. b Contiene 3,6 restos de aminoácidos por vuelta de hélice. c Es un tipo de estructura secundaria. d Se estabiliza por interacciones hidrófobas. e Los residuos de prolina tienden a modificar la estructura de la hélice. 62 La desnaturalización de las proteínas: a Aumenta la solubilidad. b Disminuye la solubilidad. c Facilita su cristalización. d No se produce con concentraciones altas de urea. e Implica disminución de la entropía. 63 Las curvas de valoración ácido-base de las proteínas: a No se alteran en presencia de ciertas sales o iones. b Pueden dar una idea cualitativa de los aminoácidos presentes que poseen grupos ionizables. c Indican que el pI es el pH al cual la proteína presenta máxima carga neta.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d Indican que el mayor poder amortiguador de las proteínas existe a pH fisiológicos. e Nada de lo anterior es cierto. 64 En relación con las propiedades de proteínas es cierto que: a Las proteínas son muy solubles en disoluciones concentradas de ­sales. b Siempre el punto isoeléctrico es igual al isoiónico. c A mayor constante dieléctrica del disolvente, las proteínas tienden a aumentar su solubilidad. d En el punto isoeléctrico es máxima la conductibilidad eléctrica de las proteínas. e Los electrolitos de alta fuerza iónica aumentan la solubilidad pro­ teica. 65 En relación con la solubilidad y precipitación de una proteína, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a La solubilidad de una proteína es función de la fuerza iónica y del pH del medio. b La adición de un disolvente orgánico precipita proteínas de sus soluciones. c Si disminuye el coeficiente de actividad de la proteína en agua pura, su solubilidad disminuye. d Las proteínas pueden precipitarse de sus soluciones por diversos iones positivos. e Todas son ciertas. 66 La fuerza iónica molar de una disolución 0,1 M de sulfato sódico es: a 0,1.

b 0,3.

c 0,45.

d 0,5.

e 0,6.

67 El método de COHN, se utiliza para precipitar proteínas del plasma. ¿Cuál es el reactivo uti­l izado? a Sulfato amónico. b Acetona. c Metales divalentes. d Ácido fosfórico y fosfato di­só­di­co. e Alcohol a distintos valores del pH.

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Proteínas

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68 La adición de acetona a una disolución de proteínas hace que: a La constante dieléctrica del disolvente disminuya. b Aumenten las fuerzas de interacción electrostática entre las moléculas de las proteínas. c Precipiten las proteínas. d La a, la b y la c son ciertas. e Nada de lo anterior es cierto. 69 De las siguientes proteínas, cuales no son heteroproteínas: a Metaloproteínas.

b Fosfoproteínas.

d Nucleoproteínas.

e Lipoproteínas.

c Albúminas.

70 De las siguientes proteínas hay una simple y fibrosa. ¿Cuál? a Albúmina.

b Protaminas.

d Colágeno.

e Globulinas.

c Glutelinas.

71 En relación con las proteínas de las siguientes afirmaciones, una es falsa. ¿Cuál? a Las protaminas son proteínas globulares. b Las Albúminas son solubles en agua. c La elastina es una proteína globular. d El colágeno es una proteína fibrosa. e Las Glutelinas no son proteínas conjugadas. 72 La función de las proteínas en el organismo es: a Solamente de tipo estructural. b De tipo funcional únicamente. c No está relacionada con el sistema inmunitario. d De tipo estructural y funcional. e Nada de lo anterior es cierto. 73 Las homoproteínas son: a Proteínas simples. b Proteínas constituidas por ami­noácidos y otros compuestos no aminoacídicos. c Son cromoproteínas.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d Son lipoproteínas. e Nada de lo anterior es cierto. 74 Las hemoproteínas son proteínas conjugadas cuyo grupo prostético es: a Un fosfolípido. b Una sustancia coloreada que contiene un metal. c Un flavin-nucleótido. d La ferroprotoporfirina. e Un carbohidrato. 75 Proteínas conjugadas: ¿Qué afirmación es cierta? a Las lipoproteínas se conjugan con esfingosina. b Las cromoproteínas contienen elementos metálicos dentro de la misma molécula proteica. c Las escleroproteínas pertenecen a este grupo. d Las Glucoproteínas contienen glúcidos. e Las Histonas son proteínas conjugadas. 76 Entre los siguientes pares de proteínas hay uno en el que las dos proteínas son fibrosas. ¿Cuál es? a Colágeno-Hexoquinasa. b Elastina-Caseína. c Colágeno-Elastina. a Queratina-Albúmina. b Albúmina-Elastina. 77 En a b c d e

relación a las proteínas, ¿qué afirmación es falsa? Las Glutelinas son insolubles en agua. La Prolaminas son solubles en alcohol de 70-80%. Las Escleroproteínas son proteína fibrosas insolubles. Las Histonas son solubles en agua y ácidos diluidos. Las Lipoproteína son proteínas conjugadas que no contienen colesterol ni fosfolípidos.

78 ¿Cuál de los siguientes pares de proteínas modulan funciones del organismo? a Hexoquinasa-Elastina. b Caseína-Hormona del crecimiento. c Actina-Queratinas.

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Proteínas

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d Histona-Insulina. a Hormona del crecimiento-Insulina. 79 ¿Cuál de las siguientes proteínas pertenece a las denominadas contráctiles? a Actina.

b Colágeno.

d Caseína.

e Albúmina.

c Mioglobina.

80 ¿Cuál de las siguientes proteínas es conjugada o compuesta? a Globulinas.

b Escleroproteínas.

c Histonas.

d Lipoproteínas.

e Albúminas. 81 Una de las siguientes proteínas no pertenece a las denominadas transportadoras. ¿Cuál?



a Seroalbúmina.

b Mioglobina.

d Hemoglobina.

e β‑lipoproteína.

c Miosina.

Respuestas razonadas 

1 C La tirosina pertenece al grupo de los aminoácidos con grupos R polares sin carga, su formula estructural es: HO 

                  NH2            CH2   CH   COOH

y su nombre químico es: ácido α‑amino, β‑hidroxi fenil propiónico. 2 B La fenilalanina pertenece al grupo de los aminoácidos con grupos R no polares, su fórmula estructural es:                   NH2            CH2   CH   COOH y su nombre químico es: ácido α‑amino, β‑fenil propiónico.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

3 D La histidina pertenece al grupo de los aminoácidos en grupos R cargados positivamente, su formula estructural es:                          NH2                HC   C   CH2   CH   COOH HN+

NH CH

y su nombre químico es: ácido α‑amino, β‑imidazol propiónico. 4 A La arginina tiene por formula estructural:                  +NH2                            NH 2                                    NH2   C   NH   CH2   CH2   CH2   CH   COOH que corresponde a la fórmula molecular C6H15O2N4. 5 E La fórmula estructural de la serina es:               NH 2             OH   CH2   CH   COOH y su nombre químico es: ácido α‑amino, β‑hidroxipropiónico. 6 B La metionina tiene por formula estructural:                        NH 2                             CH3   S   CH2   CH2   CH   COOH que corresponde a la fórmula molecular C 5H11O2N5 y al nombre químico de ácido α‑amino, γ‑metil-tio-n-butírico. 7 C La cisteína, que pertenece al grupo de aminoácidos con grupos R polares sin carga, contiene el grupo  SH que puede formar enlaces de hidrógeno con el agua. 8 D Todos los aminoácidos a pH = 7 tienen sus grupos amino y carboxilo ionizados, exceptuando la histidina que los tiene a pH = 6. 9 A La lisina, ya que a pH = 7 el grupo R posee una carga neta positiva, lo que hace que sea una aminoácido básico.                                NH 2                                      H3N+   CH2   CH2   CH2   CH2   CH   COOH Ácido a‑amino e‑amino-caproico

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10 B Elastina, pertenece a las escleroproteínas juntamente con el colágeno y queratinas, son proteínas fibrosas, insolubles y con función estructural. 11 D La estructura cuaternaria se estabiliza por todo tipo de interacciones menos las covalentes, las fuerzas de unión son por ello no covalentes y el enlace disulfuro es una unión covalente. 12 C La función alcohol está presente en la molécula de treonina, su fórmula estructural es:                     OH          NH2                   CH3   CH   CH   COOH que corresponde al nombre químico: ácido α‑amino, β‑hidroxi-n-butírico. 13 B Corresponde a la alanina, que es un aminoácido que no es necesario adquirirlo necesariamente con la dieta. 14 C Se denominan aminoácidos esenciales para la especie humana aquellos que no pueden ser sintetizados por las células del organismo humano a partir de materiales sencillos, tienen que adquirirse necesariamente con la dieta. La histidina para el ser humano se clasifica como aminoácido esencial aunque sólo para los lactantes. 15 A La β‑alanina es un precursor del ácido pantoténico, vitamina indispensable para el crecimiento de los animales superiores, en forma de pantoteína se incorpora a la estructura del coenzima A. 16 E La azaserina es una sustancia con actividad antitumoral, su fórmula molecular es C5O4H7N3 y la estructural:                              NH 2                                   N   N   CH   C   O   CH2   CH   COOH                                            O 17 C Carbonos asimétricos son aquellos que están unidos a 4 sustituyentes distintos, pero si no existe asimetría molecular no se produce el giro del plano de la luz polarizada, se forma por ello un isómero inactivo.

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18 E Aquellos aminoácidos que poseen dos átomos de carbono asimétrico presentan cuatro esteroisómeros. Los diasteroisómeros no son entre sí imágenes especulares uno de los otros, por ejemplo la L‑treonina con la L‑alo-treonina o con la D‑alo-treonina. 19 D Un racémico es una mezcla equimolecular de dos isómeros D y L, denominados antípodas ópticos, se representa por DL y es un isómero inactivo por compensación. 20 C Todos los aminoácidos, a excepción de la glicina, poseen átomos de carbono asimétricos, por tanto, presentan actividad óptica. La treonina y la isoleucina presentan dos átomos de carbono asimétricos, los restantes aminoácidos un átomo de carbono asimétrico. 21 E La treonina y la isoleucina presentan ambos dos carbonos asimétricos en su molécula, como podemos ver en sus fórmulas estructurales:                             NH 2                   CH3   CH2   *CH   CH   COOH                             *                    CH3 Isoleucina

         OH       NH3                        CH3   CH   CH   COOH         *         * Treonina

22 C En los aminoácidos se toma como patrón de referencia para el estudio de los esteroisómeros el gliceraldehído. Cualquier aminoácido puede relacionar el grupo NH2 estéricamente con el grupo hidroxilo del átomo de carbono asimétrico del gliceraldehído, el grupo carboxilo con el grupo aldehído y el grupo R a su vez con el grupo  CH2OH del gliceraldehído. 23 A Se denomina pI de un aminoácido el valor del pH para el cual el número de cargas negativas es igual al número de cargas positivas, es decir: [anión] = [catión] y el aminoácido no se desplaza al ser sometido a un campo eléctrico. 24 C El punto isoeléctrico (pI) de un aminoácido es aquel valor del pH para el cual la concentración de la forma aniónica es igual a la de la forma catiónica, es decir, que el amino, y, por lo tanto, no se desplazaría sometido a la acción de un campo eléctrico. pI = (pK1 + pK2) / 2. 25 E El ácido glutámico es el único aminoácido de los propuestos que en su grupo R posee carga negativa, luego es ácido como nos indica su pKa.

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26 B La arginina es el único aminoácido de los propuestos con un grupo R cargado positivamente, y por ello aminoácido básico. Su pI será: pI =

pK1 + pK2 (9,1 + 12,5) = = 10,8 2 2

27 C El triptófano tiene por fórmula estructural: C   CH2   CH   COOH             CH                  NH2 N H y su fórmula química es: ácido α‑amino, β‑3-indol propiónico. 28 A La homocisteína es un intermediario en la síntesis de cisteína, además de ser un precursor en el ciclo de los metilos activados. Su fórmula estructural es:           NH2                HOOC   CH   CH2   CH2   SH 29 C Reacción de Sanger determina cuantitativamente grupos amino terminales, utiliza como reactivo el dinitrofluorobenceno, formándose dinitrofenil-aminoácido y se libera ácido fluorhídrico. 30 B La desaminación oxidativa es una propiedad del grupo amino, tiene lugar por oxidación y da lugar un cetoácido y amoniaco. 31 E El reactivo utilizado en la reacción de Edman es el fenilisotiocianato, que reacciona con la amina en un medio alcalino débil, formando un compuesto que se cicla en un medio ácido débil con pérdida de una molécula de agua dando feniltiohidantoína. Este método permite identificar en una proteína los aminoácidos con grupo amino libre. 32 C Las betainas se producen por metilación del grupo amino del aminoácido por la introducción de uno, dos o tres grupos metilos, obteniéndose las llamadas betainas mono, di y trisustituidas.     NH3+          R   C   COO‑  +  ICH3              H Ioduro de metilo

    NH2   CH3          R   C   COO‑  +  HI              H Betaína

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33 B Esta reacción tiene gran interés, ya que da lugar a una reacción coloreada de los aminoácidos; utilizada para la identificación y sobre todo para su determinación cuantitativa. La ninhidrina decarboxila y desamina al aminoácido gracias a su fuerte poder oxidante, de esta forma se puede determinar cuantitativamente los aminoácidos por espectrofotometría y también por gasometría, gracias al dióxido de carbono que se forma. 34 D La ninhidrina decarboxila, desamina y reduce al aminoácido gracias a su poder oxidante. Se utiliza esta reacción para determinar cuantitativamente los aminoácidos de una proteína. 35 E La cisteína por poseer un grupo sulfhídrilo activo produce una coloración rojo-violácea con nitroprusiato sódico y forma mercáptidos, por la misma razón, con los iones plata o mercurio. 36 D La cisteína es capaz, gracias a su grupo sulfihidrilo activo, de dar mercáptidos con el ión plata o mercurio, liberándose un hidrogenión. Así se inactivan los grupos sulfhidrilos.                     NH2                   HS   CH2   CH   COOH

Ag

                     NH2                        AgS   CH2   CH   COOH  +  H+

37 A Las betaínas se producen por metilación del aminoácido en el grupo amino, pueden ser mono, di o trisustituidas según tengan uno, dos o tres metilo, respectivamente. 38 D El grupo carboxilo de un aminoácido forma por reacción con un alcohol un éster; si el éster formado se hace reaccionar con amoniaco se forma una amida. 39 C El reactivo de Edman, el fenilisotiocianato, permite identificar en una proteína los aminoácidos cuyo grupo amino esta libre, es decir, los grupos amino terminales. 40 D La ninhidrina decarboxila oxidativamente al aminoácido debido a su gran poder oxidante. 41 B La queratina pertenece a las escleroproteínas, que son proteínas fibrosas.

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42 B Dentro del conjunto de todos los aminoácidos naturales, existen aminoácidos que tienen que adquirirse necesariamente con la dieta, se denominan aminoácidos esenciales, y son: valina, leucina, isoleucina, treonina, metionina, triptófano y lisina. 43 C El ánodo es el polo positivo, luego se moverá hacia él aquel aminoácido que tenga, a ese pH, carga neta negativa. Los aminoácidos que tienen dicha carga son: el ácido aspártico y el ácido glutámico. 44 D Todos los átomos que forman el enlace peptídico están en el mismo plano, razón por la cual la cadena proteica sólo puede girar por los C α. La rotación es alrededor del enlace simple Cα   N y alrededor del eje Cα   C. 45 C Los átomos de O y de H en el enlace peptídico distan 4,04 Å en la disposición trans y solamente 2,8 Å en las cis; las fuerzas de interacción e impedimentos estéricos están reducidos al mínimo en la configuración trans, que está por ello favorecida. 46 D El hecho de que los átomos participantes en el enlace peptídico están en un mismo plano le confiere una gran estabilidad. Esta estabilidad se explica mediante la resonancia entre las estructuras que los forman: O

Ca C   N Ca      H

O

Ca C   N Ca      H

Por efecto de esta resonancia los enlaces C   N y C   O son intermedios entre sencillo y doble. 47 B La propiedad fundamental del enlace peptídico es que todos los átomos que lo forman han de estar en un mismo plano, por lo que la cadena proteica solo puede girar por sus Ca, pero nunca por el enlace peptídico. 48 D A diferencia de la hélices α, en las que los enlaces tienen lugar intracadena, las estructuras planas se relacionan entre sí por puentes de hidrógeno intercadena. 49 C Una hélice queda definida por tres parámetros: n = número de aminoácidos por vuelta de hélice, d = distancia entre elementos iguales de dos aminoácidos consecutivos medida en la dirección del eje principal, y p = paso de hélice, que es la distancia entre elementos homólogos medida en la dirección del eje principal de la hélice. Para la hélice α, n = 3,6.

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50 D Las estructuras b tienen enlaces de hidrógeno intercatenartios. Las antiparalelas tienen puentes de hidrógenos perpendiculares a las hebras, alternando los próximos con otros más alejados. Las paralelas tienen enlaces de hidrógeno espaciados regularmente que forman ángulo respecto a las hebras enlazadas. 51 A La estructura cuaternaria de proteínas hace referencia a la asociación de subunidades semejantes o diferentes en oligómeros, estabilizados por fuerzas no covalentes. 52 C La estructura secundaria de proteínas se estabiliza por puentes de hidrógeno, mientras que la estructura terciaria se mantiene por uniones salinas, enlaces de hidrógeno, puentes S   S, fuerzas de van der Waals, interacciones hidrófobas y otros tipos de enlace. 53 D Se denomina oligómera la proteína que está formada por varias cadenas polipeptídicas, son estas proteínas las que poseen el nivel cuaternario o estructura cuaternaria. 54 D El término protómero equivale a cada una de las cadenas polipeptídicas individuales que forman la proteína oligomérica. 55 D La estructura β‑paralela casi nunca tiene lugar en hojas de menos de cinco hebras, las hojas β‑paralelas están casi siempre ocultas, protegidas por otras cadenas polipeptídica, mientras que las hojas β‑antiparalelas frecuentemente toman la disposición de un cordón de dos hebras solamente; las hojas antiparalelas generalmente tienen un lado expuesto al solvente y el otro lado oculto, por lo tanto presentan una alternancia de hidrofobidicidad. Estos tres requerimientos de las hojas paralelas (regularidad, tamaño y protección), sugieren que la estructura paralela es menos estable que la antiparalela. 56 A Las hojas β pueden interactuar en orientación paralela o antiparalela, y cada una de ellas tiene un tipo característico de puentes de hidrógeno. Las hojas antiparalelas tienen los puentes de hidrógeno perpendiculares a las hebras. 57 D La estructura primaria se refiere a la disposición de los aminoácidos integrantes de la cadena, así como su orden o secuencia y disposición de enlace peptídico. Un péptido se forma uniendo, cabeza con cola, los aminoácidos. El grupo amino de una unidad se une al grupo carboxilo de la siguiente, eliminando una molécula de agua y formando un enlace peptídico, que es un enlace covalente.

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Proteínas

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58 A Antes de efectuar el análisis de la secuencia de aminoácidos de una proteína, se debe observar si esta consta de varias cadenas polipeptídicas y, en caso de que fuera así, y estas estén unidas por enlaces covalentes, el primer paso a seguir es la ruptura de estos enlace. Los enlaces cruzados covalentes  S   S  , pueden escindirse por oxidación con ácido perfórmico. 59 D Hay aminoácidos que permiten hélice α estable. Otros que la inestabilizan y rompen, estos son la prolina y la hidroxiprolina. 60 C La desnaturalización produce cambios en las propiedades fisicoquímicas y biológicas de una molécula proteica: altera la estructura interna y disposición de las cadenas peptídicas, disminuye la simetría (pérdida helicoidal), por ello aumenta la reactividad química, en particular en grupos ionizables y sulfhidrilo. 61 D Las proposiciones a, b, c y e son correctas, la d es falsa ya que la hélice α se estabiliza por enlaces intramoleculares de hidrógeno. 62 B La desnaturalización de las proteínas disminuye la solubilidad, ya que aumenta la reactividad y las interacciones proteicas son mayores que las interacciones con el agua, por ello la proteína precipita. 63 B Pueden dar una idea cualitativa de los aminoácidos presentes que poseen grupos ionizables, ya que representamos pH frente a equivalentes de OH‑ añadidos, y sabemos que los aminoácidos en soluciones ácidas existen en forma de catión, y cuando titulamos con álcalis (aumentando el pH) muestran etapas de disociación de ion H+, bien sucesivas o superpuestas con formación de zwiteriones y, finalmente, aniones proteínicos. 64 C Los grupos iónicos de las molecular de proteína entran en interacción electrostática dentro de la misma molécula y con moléculas circundantes con tendencia a formar agregados y oposición a la solubilidad. Esta interacción entre grupos cargados de las proteínas disminuye en agua pura con una constante dieléctrica alta, las moléculas de agua, polares, entran en interacción con los grupos polares de las proteínas y tienden a aumentar su solubilidad. 65 C Si se agregan a una solución de proteína en agua pura pequeñas cantidades de sal, disminuye el coeficiente de actividad de la proteína, y su solubilidad aumenta. Este fenómeno es llamado disolución salina o salting in.

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66 B La fuerza iónica viene dada por la expresión siguiente: 1 c Z 2 2 donde c = concentración y Z = carga o valencia. u=

Na2SO4 = 2 Na+ + SO4‑ u=

1 0,2 + 0,4 (0,2) (12) + (0,1) (22) = = 0,3 2 2

67 E Para la obtención de las distintas proteínas a partir de grandes cantidades de plasma sanguíneo se utiliza el denominado método de COHN de fraccionamiento. Consiste en variar el pH y la concentración de alcohol y nos precipitan distintas fracciones conteniendo distintas proteínas. 68 D La adición de un disolvente orgánico, como acetona, a una solución de proteína en agua, disminuye la constante dieléctrica del disolvente, desplaza algunas de las moléculas de agua asociadas con la proteína y reduce la concentración de agua presente en la solución, luego aumenta las fuerzas de interacción electrostática entre las moléculas de las proteínas y éstas tienden a precipitar. 69 C Las albúminas son homoproteínas, proteínas simples constituidas sólo por aminoácidos. 70 D El colágeno es una escleroproteína, que son proteínas fibrosas, simples e insolubles en agua y soluciones acuosas. 71 C La elastina es una proteína fibrosa, es una escleroproteína. 72 D Las proteínas son componentes esenciales de todas las células vivas. Su misión en el organismo es de dos tipos: una de tipo estructural, formando parte del propio organismo (escleroproteínas) y otra de tipo funcional (ej:  la hemoglobina transporta O2 en la sangre). 73 A Las homoproteínas simples constituidas sólo por aminoácidos. 74 D Las Hemoproteínas son proteínas conjugadas, cuyo grupo prostético (porción no aminoacídica) es la ferroprotoporfirina. 75 D Las glucoproteínas son proteínas conjugadas, son heteroproteínas constituidas por aminoácidos y glúcidos como grupo prostético.

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Proteínas

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76 C El colágeno y la elastina son proteínas fibrosas. Son los elementos básicos estructurales del tejido conjuntivo de los animales superiores: así, el colágeno, en el tejido conectivo fibroso (tendones, hueso, cartílago, ...), la elastina, tejido conectivo elástico (ligamentos). 77 E Las lipoproteínas son proteínas conjugadas que contienen triacilglicéridos u otros lípidos como el colesterol los fosfolípidos. 78 E La Insulina regula el metabolismo de la glucosa. La Hormona del Crecimiento estimula el crecimiento de los huesos. Ambas son hormonas, y las hormonas son moduladoras o reguladoras de las funciones del organismo. 79 A La actina actúa como elemento esencial en los sistemas móviles y contráctiles, concretamente en los filamentos móviles de las miofibrillas. 80 D Las lipoproteínas son proteínas conjugadas, su grupo prostético es un lípido, generalmente fosfolípidos, colesterol y triacilglicéridos. 81 C La miosina no es una proteína transportadora sino contráctil, se encuentra en los filamentos estacionarios de las miofibrillas.

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 Bloque temático 3 

Proteínas funcionales Proteínas plasmáticas  La sangre está formada por plasma y elementos formes. El plasma sanguíneo es la parte líquida que queda después de sedimentar los elementos formes de la sangre no coagulada; contiene en solución una gran cantidad de proteínas cuya concentración oscila entre 5 y 8 g /  d l, según la edad del individuo. Hay diferentes tipos de proteínas en el plasma, cada una de ellas tiene una función específica, pero todas comparten una serie de funciones generales: a) Mantenimiento de la presión oncótica de la sangre. b) Transporte de macromoléculas biológicas. c) Contribución al equilibrio electrolítico. d) Tomar parte en el sistema de taponamiento de la sangre con 15 mmol / l de pro­tones. e) Intervenir en el recambio de proteínas tisulares. Mediante una separación electroforética de las proteínas del plasma se obtienen varias fracciones: albúmina, α‑globulinas, β‑globulinas, fibrinógeno y γ‑globulinas. Esta clasificación sólo se refiere al comportamiento electroforético y no indica nada acerca de la forma o estructura de las proteínas (figura 3.1).

Albúmina La albúmina es una proteína simple formada por una sola cadena, su aminoácido N‑terminal es el ácido aspártico y el C‑terminal la leucina en la especie humana, su peso molecular es de 66.000, tiene forma de elipsoide con unas dimensiones de 141 Å de eje mayor y 41 Å de eje menor. Por titulación se comprueba que tiene 180 grupos funcionales con actividad iónica, de lo que resulta con 18 cargas negativas libres en las condiciones habituales de pH y fuerza iónica. Debido a la existencia en su molécula de puentes  S   S  y un

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grupo  SH libre, las moléculas de albúmina pueden unirse formando dímeros. Su pequeño tamaño y el gran número de cargas hace que se desplace en primer lugar en el patrón electroforético, su pH I es de 4,7. Es la fracción principal de las proteínas del plasma de las que constituye entre el 60 y 70%, su concentración varía entre 4 y 5 g / dl en individuos normales. Tiene tres funciones importantes: 1. Transporta sustancias fisiológicas y no fisiológicas, insolubles en agua, estableciendo uniones de tipo iónico. Entre estas sustancias están: ácidos grasos, bilirrubina, hormonas como corticoides y tiroxina, vitaminas como la B 12 , diversos fármacos y cationes como Ca 2+ y Mg 2+. 2. Es la proteína más importante en el mantenimiento de la presión oncótica e la sangre; al fijar agua en su molécula impide que escape de los vasos sanguíneos. 3. Contribuye a la capacidad tampón de la sangre. Se sintetiza en el hígado, 12 g / día, a través de un precursor más grande, la proalbúmina. Se degrada proteolíticamente y tiene una vida media de 20 días.

FIGURA 3.1. Esquema del patrón electroforético del suero humano normal a pH 8,6. (A) Bandas de las proteínas plasmáticas separadas por electroforesis, tras su tinción. (B) Picos característicos de proteínas plasmáticasdeterminados por lectura densitométrica de la tira de electroforesis.

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Proteínas funcionales

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Globulinas Proteína

a‑globulinas

(Suero) g /  d l

Síntesis

Función

Lesiones

0,8 ↓E  n enfermedades hepáticas.

* Protrombina

Hígado

Coagulación sanguínea.

* Transcortina

Hígado

Transporta cortisol ↓ En enfermedades y corticosterona. hepáticas.

* Haptoglobina

Hígado

Transporta hemoglobina de los eritrocitos lisados.

* Ceruloplasmina

Transporta cobre por la sangre.

* a‑lipoproteína (HDL)

Transporta lípidos.

b‑globulinas

↓E  n enfermedades hepáticas. Está implicada en la enfermedad de Wilson, acúmulo de cobre en sistema nervioso central.

0,9

* Transferrina

Hígado

Transporta hierro. ↓ E  n el embarazo y en enfermedades hepáticas.

* Plasminógeno

Hígado

Fibrinolisis.

*F  actor C3 del complemento

Defensa biológica.

*L  ecitín-colesterol actil-transferasa (LCAT)

Hígado

* b‑lipoproteína (LDL)

* Inmunoglobulinas

Esterifica colesterol.

↓E  n enfermedades hepáticas.

Transporta lípidos.

* Fibrinógeno g‑globulinas

↓E  n enfermedades hepáticas.

Hígado

Coagulación sanguínea.

↓E  n enfermedades hepáticas.

0,9 Células Anticuerpos. plasmáticas

* C6, C7, C8

Factores del complemento.

* Properdina

Activación no específica del complemento.

↑ En infecciones.

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Fibrinógeno Es una proteína plasmática de peso molecular 340.000 que corresponde a unos 3.000 aminoácidos. Está formado por 6 cadenas polipeptídicas: 2α, 2β y 2γ. El peso molecular de la cadena α es 67.000, el de la β 56.000 y el de la γ 47.000. La molécula es un dímero, las cadenas están unidas por 29 puentes  S   S  , 13 de ellos en cada mitad del dímero y 3 estableciendo la conexión de las dos mitades. Si se considera la mitad del dímero de fibrinógeno, se observa que, en su mayor parte, las tres cadenas forman una hélice α superenrrollada, que une dos anillos disulfuro formados por tres uniones  S   S  . En las regiones N‑terminales de las cadenas α y β (zona central del dímero) hay unos pequeños péptidos, fribrinopéptido A y B, respectivamente. La trombina rompe los enlaces peptídicos arginina-glicina para liberar el fribrinopéptido A de 18 residuos de la cadena α, y el fibrinopéptido B de 20 residuos de la cadena β, de esta forma transforma la molécula de fribinógeno en un monómero de fibrina, que se asocian para formar una red de fibrina. Los fibrinopéptidos poseen una elevada carga neta negativa ya que en ellos abundan residuos de aspartato y glutamato, y en el fibrinopéptido B hay residuos de tirosín-O-sulfato que está cargado negativamente. La existencia de esta carga negativa en los fibrinopéptidos es lo que hace que las moléculas de fibrinógeno se mantengan separadas. Cuando los fibrinopéptidos se liberan por acción de la trombina, la carga neta de la zona central cambia desde ‑8 a +5, y como cada uno de los dominios terminales posee una carga neta negativa de ‑4, se establecen interacciones electrostáticas entre el dominio central y uno terminal, con lo que durante la polimerización se solapan los monómeros de fibrina. La red de fibrina así formada se estabiliza mediante la formación de enlaces cruzados covalentes entre las cadenas laterales de diferentes moléculas en la fibra de fibrina. Realmente se forman enlaces peptídicos entre cadenas laterales específicas de glutamina y lisina, reacción que está catalizada por el Factor XIIIa (figura 3.2).

Inmunoglobulinas Las inmunoglobulinas o anticuerpos son glicoproteínas que se detectan en la electroforesis del suero en la facción de las γ‑globulinas. Los animales las sintetizan en respuesta a una sustancia extraña o antígeno. Son sintetizadas por las células plasmáticas, que derivan de los linfocitos B. Se unen específicamente al antígeno que produjo su síntesis. Un anticuerpo no es específico de la molécula completa de antígeno sino de una zona concreta de la misma que se denomina determinante antigénico o epitopo. Una molécula de inmunoglobulina, en general, está formada por dos cadenas L (ligeras) idénticas y dos cadenas H (pesadas), también idénticas, que

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Proteínas funcionales

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FIGURA 3.2. Esquema de la interacción de los monómenos de fibrina para formar el coágulo.

se mantienen unidas por puentes disulfuro y uniones no covalentes, asimismo existen puentes disulfuro intracatenarios. Las cadenas L pueden ser de dos tipos: λ ó κ, para una inmunoglobulina las dos cadenas pueden ser λ ó κ pero no una de cada tipo. Las cadenas H pueden ser de cinco tipos: γ, α, µ, δ y ε, cada una define una clase de inmunoglobulinas, así tendremos: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE, respectivamente. Una clase de inmunoglobulinas es aquella que tiene propiedades antigénicas únicas, cada clase tiene diferencias estructurales que producen distintos determinantes antigénicos. Dentro de cada clase de inmunoglobulinas hay subclases, según los tipos de cadena pesada; cada subclase tiene distintos determinantes antigénicos, así por ejemplo hay cuatro subclases de IgG, según que su cadena pesada sea γ 1, γ 2, γ 3 ó γ 4. En una inmunoglobulina hay varios tipos de determinantes antigénicos: • Isotípicos: están en todos los individuos de una especie. • Alotípicos: están en algunas zonas de la población. • Idiotípicos: son propios de cada individuo. La cadena L se divide en dos regiones, una región variable, V L, desde el residuo amino terminal hasta la mitad de la cadena (residuos 1 a 108), y una región constante, CL desde la mitad de la cadena al residuo C‑terminal (residuos 109 a 214). En la cadena H también hay dos regiones, una variable, V H, en el

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extremo amino terminal, de igual longitud que VL, y una región constante, CH, que es tres veces más larga que CL (figura 3.3).

FIGURA 3.3. Esquema de uan inmunoglobulina G.

Las regiones variables de las cadenas L y H no son variables de manera uniforme. Hay tres segmentos de la cadena L y cuatro de la cadena H que presentan muchísima más variabilidad que el resto de la región variable. Estas zonas hipervariables de las dos cadenas L y H forman el centro de unión del antígeno. Estas zonas hipervariables se denominan también regiones determinantes de la complementación (CDRs), porque determinan la especificidad del anticuerpo. La región constante de cadena pesada, CH, toma parte en funciones efectoras, como por ejemplo la unión al complemento y la trasferencia de los anticuerpos a través de la membrana placentaria. Así pues, distintas clases de anticuerpos pueden tener la misma especificidad y viceversa. Cada clase de inmunoglobulinas tiene actividades biológicas distintas. La inmunoglobulina M (IgM) es la primera clase que aparece en el suero después de una infección; es un pentámero donde la unión de los monómeros se debe a la proteína J; su función más importante es la de aglutinación, que se produce cuando el antígeno no es soluble. La inmunoglobulina G (IgG) es el anticuerpo principal del suero; es capaz de atravesar la membrana placentaria y pasar a la circulación fetal. La inmunoglobulina A (IgA) puede formar dímeros y trímeros, donde los monómeros están unidos por la proteína J; es el principal anticuerpo de las secreciones externas (lágrimas, saliva, moco bronquial y moco intestinal), por lo cual es la primera línea de defensa frente a los antígenos bacterianos y víricos; en dichas secreciones se encuentra unida a una proteína llamada componente secretor (S). La inmunoglobulina D (IgD) aparece en la superficie de linfocitos actuando como receptor. La inmunoglobulina E (IgE) actúa contra parásitos, es la responsable de las alergias, interviniendo en las reacciones de hipersensibilidad anafiláctica.

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Proteínas funcionales

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IgG

IgM

IgA

IgD

IgE

Peso molecular

150.000

900.000

160.000 (monómero)

185.000

200.000

Nº monómeros

1

5

1, 2 ó 3

1

1

Nº subclases

4

2

2

1

1

Estructura molecular

g 2k 2 g 2l 2

(m2k2)5 (m2l2)5

(a2k2)1‑3 (a2l2)1‑3 (a2k2)2 S (a2l2)2 S

d 2k 2 d 2l 2

e2k2 e2l2

% en suero

80

6

13

1

Trazas

% azúcares

3

12

8

12

12

Propiedades biológicas

Atraviesa placenta. Fija Fija complemento. complemento. Lisa macrófagos.

Características principales

En fluidos corporales combate microorganismos y toxinas.

Aglutina. Primero en la respuesta inmune.

Fijación a leucocitos basófilos. En En superficie secreciones seromucosas. de linfocitos.

Contra parásitos.

Respuesta inmune El sistema inmune es un mecanismo de defensa muy específico y complejo, en el que intervienen un elevado número de células sanguíneas. Su función es la de eliminar microorganismos, eliminar las células que éstos infectan, destruir células malignas y eliminar sus restos. La repuesta inmune varía según el tipo de antígeno de que se trate. Las células del sistema inmune pueden reconocer millones de antígenos y responder a ellos, puesto que hay millones de clones diferentes, compuestos por una o más células especializadas. Las células que forman parte del sistema inmune son: linfocitos B, linfocitos T, células presentadoras de antígeno y células asesinas naturales (“natural killer”). Los linfocitos B proceden de la médula ósea. Cuando una célula B reconoce un antígeno se activa y se divide para aumentar el clon de células B que portan receptores de membrana (anticuerpos) específicos para ese antígeno. La mayoría de los linfocitos B se transforma en células plasmáticas, que son las que sintetizan los anticuerpos específicos; una parte de las células B permanecen en el organismo como células de memoria.

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Los linfocitos T, en general, sólo pueden responder a un antígeno situado en la superficie de una célula, siempre que éste esté asociado a una proteína del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC). Pueden ser de dos clases, en función de sus marcadores bioquímicos de superficie: • Linfocitos CD4+, que pueden actuar como inductores o coadyuvantes (helper). Las células T inductoras desencadenan el proceso de maduración de los linfocitos T hasta células funcionalmente distintas, a partir de células precursoras. Las células T coadyuvantes son imprescindibles para el funcionamiento de otra células T y de los linfocitos B. Las células CD4+ responden a los antígenos asociados a proteínas MHC de la clase II, que se encuentran fundamentalmente sobre la superficie de las células presentadoras de antígenos. • Linfocitos CD8+, tienen funciones supresoras y citotóxicas. Las células T citotóxicas defienden al organismo de una forma activa destruyendo las células infectadas, foráneas o malignas, mediante lisis. Los linfocitos T supresores reprimen la respuesta inmunitaria de las células B y T, produciendo su cese varias semanas después de que se produzca la infección; su efecto sobre las células citotóxicas es opuesto al que ejercen las coadyuvantes. Los linfocitos CD8+ reconocen el antígeno en el contexto de las proteínas MHC de la clase I, que se encuentran en la superficie de todas las células nucleadas. Las células presentadoras de antígenos son fundamentalmente macrófagos, aunque también desempeñan esta función las células de los islotes de Langehans, de la piel, y las células dendríticas de la sangre, de los nódulos linfáticos y del bazo. Los macrófagos actúan englobando el elemento extraño, degradan enzimáticamente sus proteínas de forma muy específica y exhiben los fragmentos de proteína del antígeno sobre la membrana celular junto con proteínas MHC de la clase II. De esta forma, los macrófagos preparan el reconocimiento del antígeno por parte de la células CD4+. Las células asesinas naturales (NK) son linfocitos que guardan un estrecho parentesco con las células T citotóxicas. Se cree que sus objetivos principales son las tumorales y células infectadas por agentes no víricos. Su mecanismo de acción no es tan selectivo como el de las T citotóxicas, sus receptores no necesitan reconocer proteínas del MHC. En la respuesta inmune las células CD4 + son decisivas, ya que intervienen tanto en la respuesta celular como en la humoral. Si suponemos una infección vírica, la respuesta inmune comenzaría con la ingestión del virus por una célula presentadora de antígeno (macrófago), que lo destruye y exhibe las proteínas víricas antigénicas sobre su membrana junto con una molécula de MHC II propia del macrófago. Las células CD4 + se activan al unirse simultáneamente al antígeno y a la proteína MHC, a lo cual también contribuye la

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interleuquina‑1 (IL‑1) segregada por el macrófago. La célula CD4 + segrega entonces interleuquina‑2 (IL‑2), que induce la proliferación de las células CD8 + que también han reconocido al antígeno, presentado por un macrófago en el contexto de MHC I. Algunas de las células CD8 + matan a las células infectadas que exhiben el antígeno vírico. Posteriormente, otras células CD8 + se encargan de suprimir esta respuesta citotóxica, desconectando la defensa inmunitaria una vez cumplida su misión. Tras la supresión persiste una población de células T de memoria, que probablemente se mantengan toda la vida (figura 3.4).

FIGURA 3.4. Respuesta inmune celular.

En la respuesta inmune humoral, una célula CD4+ se activa, como en el caso anterior tras reconocer el antígeno presentado por un macrófago en el contexto de MHC II y por acción de la IL‑1 que éste segrega. La célula CD4 + se une entonces a una célula B que haya reconocido también el antígeno sobre una célula que lo exhiba. El contacto de la célula CD4+ estimula la maduración, multiplicación y diferenciación de la célula B en un clon de células plasmáticas que secretan anticuerpos, que se unen al virus rodeándolo e inactivándolo. Las linfoquinas secretadas por la célula CD4+ colaboran en la maduración de los linfocitos B. Las células B pueden reconocer también antígeno libre en so-

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lución sangre o linfa, pero también necesitan la ayuda de las células CD4 + (figura 3.5).

FIGURA 3.5. Respuesta inmune humoral.

Sistema del complemento El sistema del complemento está formado por nueve glicoproteínas plasmáticas que, colaborando con los anticuerpos u otros factores, intervienen como mediadores en las reacciones inmunes. Se activa por dos vías distintas: la clásica y la alternativa o de la properdina. En la vía clásica hay una activación específica que presupone una respuesta humoral, ya que está mediada por complejos antígeno-anticuerpo, donde el anticuerpo es IgG o IgM, hacen falta dos moléculas de IgG o una de IgM. La vía alternativa es una activación inespecífica del sistema del complemento; no necesita la intervención de anticuerpos, se produce directamente por polisacáridos y liposacáridos de la pared celular bacteriana; comienza con la activación de la properdina, proteína plasmática, que activa el sistema del complemento. En la activación específica por la vía clásica, las proteínas que intervienen se aúnan en tres grupos: • Grupo de reconocimiento, formado por Cl, proteína que está formada por varias subunidades: una molécula de Clq, dos de Clr y dos de Cls.

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• Grupo de activación, formada por C4, C2 y C3. • Grupo de ataque a membrana, formado por C5, C6, C7, C8 y C9. Cuando las moléculas de anticuerpo (2 IgG ó 1 IgM) se combinan con el antígeno, sufren un cambio conformacional que permite la fijación de Clq, activándose el enzima, cuyo sitio activo está en la subunidad C1s (la barra significa activación). La subunidad Clr sirve de intermediario entre Clq y Cls en la activación. El enzima C1s actúa sobre C4 y lo divide en C4b y C4a; el fragmento C4b se une a un receptor de la membrana plasmática. A continuación, la proteína C2 es escindida por el enzima C1s en C2a y C2b, el fragmento C2a se une a C4b; así se forma el complejo C4b2a, que es un enzima denominado convertasa de C3, puesto que C3 es su sustrato. Cuando se combinan, el enzima escinde a C3 en dos fragmentos. Uno de los fragmentos, C3a, es liberado a la fase líquida y desempeña el papel de mediador de la inflamación, es una anfilotoxina que produce la liberación de histamina por las células que la almacenan, y tiene efectos quimiotácticos para ciertos leucocitos. El otro fragmento, C3b, se une a un receptor de la superficie celular, junto a C4b2a, formando el enzima C4b2a3b que es el convertasa de C5, al cual divide en C5a y C5b. El fragmento C5a pasa a la fase líquida y desempeña las mismas funciones que C3a. El fragmento C5b se une a C6 y C7, formando el complejo C5b67, que se une a la superficie celular en un sitio diferente del sitio de la convertasa de C5, y también puede trasladarse a otras células que carezcan de dicho enzima. A continuación, C8 se combina con la subunidad C5 del complejo C5b67, y luego varias moléculas de C9 se combinan con C8. La lisis comienza con la unión de C8, y aumenta su velocidad con la unión de C9. El resultado final de la cascada del complemento es la formación de agujeros, con un diámetro interior de unos 10 nanómetros, en la membrana celular, debidos a la polimerización de las proteínas terminales de la cascada (C5 a C9), que se introducen en la bicapa lipídica. Estos agujeros producen un hinchamiento celular, debido al efecto Donnan, por lo cual la célula se rompe explosivamente. La vía inespecífica de la propedina conduce a la formación de C3b, que se origina bien a partir del complejo C4b2a o bien de plasmina, tripsina o trombina en el suero. El C3b generado puede unirse a la superficie celular microbiana, donde provoca fagocitosis, o bien puede unirse al factor B y al factor D, proteínas de esta vía, para formar un complejo enzimático, en la superficie celular, con capacidad de escindir C3 en C3a y C3b. El C5 también se divide en C5a y C5b mediante un enzima de esta vía que podría estar formado por varios fragmentos C3b y el factor B activo. Las siguientes reacciones siguen en la misma secuencia que en la vía clásica.

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Hemoglobina y mioglobina  Actúan como transportadores de oxígeno en los vertebrados, dada la baja solubilidad de éste en el agua. La hemoglobina (Hb), contenida en los eritrocitos, sirve como transportador de oxígeno, de dióxido de carbono y del ion hidrógeno en la sangre; mientras que la mioglobina (Mb) sirve como reserva de oxígeno y facilita su desplazamiento en el músculo, donde está localizada. La presencia del grupo hemo en la Hb y en la Mb, les permite enlazar oxígeno y les confiere su color característico. El grupo hemo consta de una parte orgánica, la protoporfirina IX (M‑V-M-V-M-P-P‑M) y un átomo de hierro. El átomo de hierro en el hemo está ligado a los cuatro nitrógenos en el centro del anillo de la protoporfirina; este átomo de hierro puede estar en estado de oxidación ferroso (2+) o férrico (3+), dando lugar a la ferrohemoglobina y ferromioglobina, y a la ferrihemoglobina o metahemoglobina y a la ferrimioglobina, respectivamente. Sólo la forma correspondiente al estado de oxidación 2+ puede captar oxígeno. El átomo de hierro tiene otras dos posiciones de coordinación, la quinta y la sexta (figura 3.6).

FIGURA 3.6. Estructura del grupo hemo.

En la Mb el grupo hemo está localizado en una oquedad de la molécula, rodeado por residuos apolares excepto por dos histidinas. El átomo de hierro está directamente unido a una de estas histidinas por su quinta posición de coordinación, ésta es la His F8 o His proximal. El otro residuo de histidina, el E7 ó His distal queda próximo al sexto lugar de coordinación del hierro, que es donde se une el oxígeno. Hay tres formas fisiológicamente importantes de mioglobina, cuya conformación se diferencia en la sexta posición de coordinación: desoximioglobina, que tiene vacía la sexta posición de coordinación; oximioglobina, donde esta posición está ocupada por el oxígeno; y ferrimioglobina, la sexta posición está ocupada por agua.

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La Mb está constituida por una única cadena de 153 aminoácidos con un grupo hemo. Es muy compacta, sus dimensiones son 45 × 35 × 25 Å. El 75% de la cadena presenta una conformación α‑helicoidal dextrógira, hay ocho segmentos helicoidales (figura 3.7). La Hb de los vertebrados está formada por 4 cadenas polipeptídicas, dos de un tipo y dos de otro. Cada cadena contiene un grupo hemo, por lo que hay cuatro lugares de unión para el oxígeno en una molécula Hb. Las cuatro cadenas están unidas por interacciones no covalentes.

FIGURA 3.7. Los seis enaleces del átomo del hierro.

Hay varios tipos de hemoglobinas humanas según sea su estructura subunitaria: Hbs adultas Hb A  →  a2b2  →  mayoritaria Hb A2  →  a2d2  →  2% de la Hb total Hb fetal  →  Hb F  →  a2γ2 Hbs adultas Hb 1  →  ξ2ε2 Hb 2  →  a2ε2 La molécula de Hb es casi esférica, con un diámetro de 55 Å. Las cadenas α y ξ contienen 141 aminoácidos y las β γ y δ 146. Las cuatro cadenas de la molécula presentan una disposición tetraédrica. Los grupos hemo están localizados en unas oquedades cercanas al exterior de la molécula. Cada cadena α está en contacto con las dos β, pero hay pocas interacciones entre las dos α o las dos β entre sí. La estructura tridimensional de las cadenas α y β de la Hb y la cadena de Mb es muy similar a pesar de las diferencias en la secuencia de aminoácidos, lo cual indica que este tipo de plegamiento es el ideal para un transportados de oxígeno, puesto que sitúa al hemo en un ambiente que le permite transportar oxígeno de forma reversible. La Hb es una proteína alostérica, mientras que la Mb no lo es (figura 3.8). El alosterismo de la Hb se manifiesta en que la unión del O 2 a la proteína está regulada por la unión de H +, CO 2 y BPG a sitios distintos del centro de unión del O 2. Además, la unión del O 2 presenta carácter cooperativo: la unión del O 2 a un centro de la molécula favorece su unión a otros centros de la misma;

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FIGURA 3.8. Curvas de la unión del O2 de mioglobina y hemoglobina.

lo que se manifiesta en que la cinética de saturación por O 2 es sigmoidea. Por otra parte, la acidificación del medio, que conlleva a un aumento de [H +], y el incremento de CO 2, promueve la liberación de oxígeno de la Hb, situación que se da en tejidos metabólicamente activos como el músculo. Recíprocamente, el oxígeno promueve la liberación de H + y CO 2, lo cual se produce en los capilares de los alvéolos pulmonares. Las relaciones entre la unión de O 2, H + y CO 2 se conoce como efecto Bohr (figuras 3.9). Otro efecto alostérico de la Hb se manifiesta en que su afinidad por el oxígeno queda disminuida por el BPG (bisfosfoglicerato), puesto que se une a la desoxihemoglobina pero no a la oxihemoglobina; esto es esencial para favorecer la liberación de O 2 de la Hb en los capilares de los tejidos. La Hb F se une al BPG con menor fuerza que la Hb A, por lo cual tiene mayor afinidad por el O 2, lo que favorece la trasferencia de O 2 desde la circulación materna a la fetal.

FIGURA 3.9. Efecto del pH sobre la curva de saturación de oxígeno de la hemoglobina.

La Mb presenta una curva de disociación del O2 de tipo hiperbólico, y su afinidad por el O2 no se ve afectada por la variación del pH ni del CO2, dentro de los límites fisiológicos.

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La estructura cuaternaria de la oxihemogobina difiere de la que tiene la desoxihemoglobina. La estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina se denomina T (tensa), es menos contraída que la de la oxihemoglobina debido a la presencia de enlaces salinos en los que participan los residuos C‑terminales de las cuarto cadenas, así como los C‑terminales de las cadenas laterales, los cuales no existen en la oxihemoglobina, cuya estructura cuaternaria se denomina R (relajada). La forma T es la de menor afinidad por el sustrato. En la oxigenación, el átomo de hierro se introduce en el plano de la porfirina y arrastra a la His proximal (F8), lo cual produce una alteración en la estructura que origina la ruptura de los enlaces salinos intercatenarios, con lo que el equilibrio se desplaza desde la forma T a la forma R. El BPG estabiliza la estructura cuaternaria de la desoxihemoglobina al establecer enlaces cruzados en seis residuos cargados positivamente, tres en cada cadena β, situados en la cavidad central de la molécula Hb. De esta forma el BPG disminuye la afinidad de la Hb por el O 2 desplazando el equilibrio hacia la forma T. El CO2 se una a la Hb en los grupos α‑amino, de forma reversible, formando carbamatos que establecen puentes salinos, los cuales estabilizan la forma T, por lo tanto el CO2 disminuye la afinidad de la Hb por el O2 desplazando el equilibrio hacia la forma T. El Hb absorbe H+ al liberar O2, es decir, la desoxigenación incrementa la afinidad de las histidinas 146β y 122α y del grupo α‑amino de la cadena α por el H+, debido a que el entorno de los mismos se vuelve más negativo en la desoxigenación, por los cambios de la estructura cuaternaria. Estos grupos protonados forman enlaces salinos que estabilizan la forma T.

Proteínas musculares  El músculo estriado de los vertebrados está formado por células multinucleadas que contienen muchas miofibrillas paralelas de 1 µm de diámetro. Cuando se observa una sección longitudinal de una miofibrilla al microscopio electrónico, se aprecia que presenta una unidad funcional, el sarcómero, que se repite cada 2,3 µm a lo largo del eje de la misma. El sarcómero está formado por filamentos gruesos (150 Å de diámetro), que contienen miosina, y filamentos delgados (70 Å de diámetro), que contienen actina, tropomiosina y troponina, y presenta un perfil de bandas característico debido a la distribución de los filamentos, en que se distinguen: • Banda A oscura, en el centro presenta una zona menos densa que es la zona H, en la mitad de la cual se encuentra una línea oscura llamada línea M. En la zona H sólo hay filamentos gruesos, mientras que en el

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resto de la banda A hay de los dos tipos. En la línea M está localizada la proteína M. • Banda I clara, que alterna regularmente con la anterior, en su centro hay una línea muy densa, la línea Z. La banda I consta solamente de filamentos delgados. En la línea Z hay α‑actinina. En una sección transversal de una miofibrilla, se observa que cada filamento grueso está rodeado por seis delgados, y cada filamento delgado por tres gruesos (figura 3.10).

Miosina Es una proteína formada por seis cadena polipeptídica: dos cadenas pesadas idénticas de 230.000 daltons cada una, y cuatro cadenas ligeras, iguales dos a dos, de 20.000 daltons cada una. La molécula de miosina tiene un peso molecular de 540.000, consta de una cabeza globular doble unida a una región α‑helicoidal de dos hebras que se enrollan sobre sí mismas formando un α‑helicoide enrollado. En cada cabeza globular hay dos cadenas ligeras, una de cada tipo, unidas a la pesada (figura 3.11). Cada cadena pesada consta de dos regiones: una cabeza globular en la zona N‑terminal, de unos 820 residuos, y una cola C‑terminal de unos 1.300 residuos. En la cabeza globular hay tres aminoácidos poco corriente, la ε‑Nmonometil-lisina y la ε‑N-trimetil-lisina. La miosina es una ATPasa, cuyo centro activo presenta la secuencia: Gly-Glu-Ser-Gly-Ala-Gly-Lys-Thr, al igual que otros enzimas de este tipo. La estructura α‑helicoidal de cada hebra está favorecida por la ausencia de prolina y la presencia de aminoácidos estabilizadores de α‑hélice (Leu, Ala, Glu). La formación del α‑helicoide enrollado se favorece porque cada una de las hebras presenta una secuencia repetida de siete residuos de aminoácidos (abcdefg), de los que a y d son hidrofógicos, mientras que b, c y f están cargados eléctricamente. Los residuos a y d de las dos hebras quedan enfrentados formando un núcleo hidrofóbico, mientras que los residuos b, c, y f están en el exterior del helicoide enrollado. Existen otras dos unidades repetitivas, una cada 28 residuos, que hace que haya bandas de cadenas laterales cargadas positiva y negativamente de forma alternativa; y otra unidad cada 196 residuos, que toma parte en el empaquetamiento de las moléculas de miosina en el filamento grueso, y le proporciona una estructura repetitiva cada 143 Å. Por acción de la tripsina se divide en dos fragmentos: meromiosina ligera (LMM) y meromiosina pesada (HMM). La LMM forma filamentos de dos hebras α‑helicoidales, corresponde al extremo C‑terminal, carece de actividad ATPasa y no se combina con la actina. La HMM está formada por las

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cabezas globulares unidas a un pequeño vástago, tiene actividad ATPasa, se une a la actina (un centro de unión por cada cabeza globular) y no forma filamentos.

FIGURA 3.10. Micrografía óptica y electrónica del músculo esquelético. Estructura del sarcómero.

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FIGURA 3.11. Esquema de una molécula de miosina.

Actina Es la proteína mayoritaria de los filamentos delgados. Se presenta en dos formas: la actina‑G o globular que es un monómero de peso molecular 42.000, tiene dos dominios globulares y unas dimensiones de 30 × 40 × 70 Å, contienen 3‑metil-histidina, un aminoácido poco frecuente, y gran cantidad de restos de prolina y cisteína; y la actina‑F o fibrosa, que procede de la polimerización de la actina‑G. La actina‑F es un polímero lineal de actina‑G, que contiene 13 moléculas de actina‑G dispuestas en 6 vueltas que se repiten cada 36 nm. La disposición de los monómeros le confiere el aspecto de una doble hebra, su morfología es la de dos hélices entrelazadas.

Tropomiosina y troponina Son proteínas que forman parte de los filamentos delgados, de los que constituyen un tercio de su masa. Ejercen una función reguladora ya que actúan como mediadores de los efectos del Ca 2+ sobre la interacción de la actina y la miosina. La tropomiosina es una molécula alargada de peso molecular 70.000, formada por dos cadenas prolipeptídicas α‑helicoidales que forman una hélice de dos hebras de unos 40 nm de longitud, que se orienta casi paralela al eje longitudinal del filamento delgado. Cada molécula de tropomiosina se extiende a lo largo de 7 monómeros de actina‑G. Las moléculas de tropomiosina pueden moverse a lo largo de las ranuras que hay entre la hebra de actina‑F. La troponina es un complejo proteico formado por tres cadenas polipeptídicas: • TnC: es la subunidad fijadora de Ca2+, de peso molecular 18.000; consta de dos dominios homólogos, uno N‑terminal y otro C‑terminal, unidos

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por una α‑hélice de nueve vueltas. Cada dominio tiene dos centros de unión para el Ca2+, los del C‑terminal son de elevada afinidad. • TnI; es la subunidad inhibidora, de peso molecular 24.000; se une a la actina, impidiendo su interacción con los puentes cruzados de la cabeza de la miosina. • TnT: se une a la tropomiosina; su peso molecular es de 37.000. El complejo de la troponina se encuentra en los filamentos delgados cada 400 Å, que es la longitud de la molécula de tropomiosina, así hay una molécula de troponina y otra de tropomiosina por cada siete monómero de actina.

Escleroproteínas  Son proteínas simples que forman parte de las estructuras tisulares, poseen una estructura fibrosa, son insolubles en agua y disolventes orgánicos. Constituyen un grupo muy variado de proteínas que muestran propiedades físicas y químicas muy diferenciadas. Son todas proteínas animales, constituyen los tejidos de sostén del organismo de los vertebrados. Las escleroproteínas más características son: colágeno, elastina y queratinas.

Colágeno Es la más abundante de las escleroproteínas y, en general, de las proteínas del organismo. Se encuentra en la piel, huesos, tendones, cartílagos, vasos sanguíneos, dientes, etc. Se sintetiza en los fibroblastos y es exclusivamente extracelular, forma parte del la matriz extracelular del tejido conectivo. Constituye el 6% del peso total del cuerpo humano y el 25-30% de la proteínas del organismo. El colágeno está formado por moléculas de tropocolágeno, que constituyen su unidad fundamental. El tropocolágeno tiene una masa molecular de 285.000 daltons, es una molécula con forma de fibra de 3.000 Å de longitud y 15 Å de diámetro. La molécula de tropocolágeno está formada por tres cadenas polipeptídicas de igual tamaño, cada una de las cuales es una hélice levógira, y las tres se arrollan para formar una superhélice dextrógira. El tipo de cadenas que forman el tropocolágeno determina el tipo de colágeno. El colágeno de tipo I es el más abundante y consta de dos cadenas α1 (I) y una α2 (I), el tipo II consta de dos cadena idénticas α2 (II). En cuanto a la composición de aminoácidos, es la siguiente: glicina 33%, prolina 12-20%, 4‑hidroxiprolina 10% y 5‑hidoxilisina en menor proporción, así como otro tipo de aminoácidos en muy poca proporción, a excepción de triptófano y cisteína, de los que carece. La secuencia de aminoácidos es muy re-

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gular y periódica, uno de cada tres residuos es glicina, además la secuencia glicina-prolina-hidroxiprolina se repite con frecuencia. La fibra de colágeno está formada por moléculas de tropocolágeno dispuestas de forma ordenada; las moléculas de tropocolágeno se disponen, cabeza-cola, en filas separadas por brechas de unos 300 a 400 Å; y las filas contiguas están desplazadas respeto a la precedente unos 640 a 680 Å. Esta disposición escalonada produce el aspecto característico en bandas de la fibra de colágeno. La función del colágeno es fundamentalmente mecánica. La dureza del colágeno se debe a sus enlaces covalentes cruzados tanto intramoleculares como intermoleculares, en los que participan residuos de lisina e hidroxilisina, bien como tales residuos o bien como derivados aldehídicos (al-lisina y al-hidroxilisina). Entre estos enlaces cruzados están: a) enlace cruzado aldólico (figura 3.12), en el que participan dos residuos de al-lisina, que sufren una condensación aldólica; y b) enlace cruzado de hidroxipiridino o piridinolina, formados por la unión de tres residuos, una al-lisina, una al-hidroxilisina y una hidroxilisina.                        O       H                                     ε              O   C                         C                  C   O           α       β       γ        δ         ε         δ   γ        β        α  H   C   CH2   CH2   CH2   C   C   CH2   CH2   C   H                                                HN                       H                     NH                                                

FIGURA 3.12. Enlace cruzado aldólico.

La hidroxilación de los residuos de lisina y prolina está catalizada enzimáticamente y depende de la presencia de ácido ascórbico o vitamina C. EL colágeno posee carbohidratos unidos covalentemente a los residuos de hidroxilisina; generalmente se encuentra un disacárido formado por glucosa y galactosa, dando lugar a la 2‑α-D-glucopiranosil-galactopiranosil-5-hidroxilisina.

Elastina Forma parte de la matriz extracelular de muchos tejidos conectivos, se encuentra en los vasos sanguíneos y en los ligamentos. La molécula de elastina es una única cadena polipeptídica de masa molecular 72.000 daltons. Su composición en aminoácidos es similar a la del colágeno, es rica en glicina (33%), prolina (17%) y aminoácidos apolares como alanina, tiene algo de 4‑hidroxiprolina y carece de 5‑hidroxilisina. Posee poca estructura secundaria, aunque la molécula presenta giros‑β, que pueden agruparse para formar espirales‑β.

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Es el componente principal del las fibras elásticas. La principal característica de la fibra de elastina es que puede estirarse varias veces su longitud y volver a su tamaño y forma originales cuando cesa la tensión. La fibra de elastina tiene forma de red, está formada por moléculas de elastina unidas por enlaces covalentes cruzados entre cadenas laterales de lisina y / o de al-lisina. Destacan dos tipos de estos enlaces: a) enlace cruzado de lisinonorleucina, entre una cadena lateral de lisina y otra de allisina; y b) enlace cruzado de desmosina o en H de Patridge, formado por tres al-lisinas y una lisina (figura 3.13).

FIGURA 3.13. Enlace cruzado de desmosina.

Las regiones de elastina situadas entre enlaces cruzados son ricas en glicina, prolina y valina, que se disponen en secuencias regulares que forman giros‑β.

Queratinas Son las escleroproteínas más duras, forman parte del pelo, unas, pezuñas, cuernos, piel, escamas y plumas. Hay dos clases de queratinas: α‑queratinas y β‑queratinas. Las α‑queratinas, son la proteínas más importantes del pelo, las uñas y la piel animal. Están formadas por cadenas polipeptídicas α‑helicoidales muy ricas en cisteína, y que presentan secuencias definidas en las que se disponen aminoácidos hidrófobos e hidrófilos. Estas cadenas polipeptídicas tienen una gran longitud (más de 300 residuos de aminoácidos), y se arrollan por pares para formar una superhélice levógira. Pares de estas superhélices pueden arrollarse para formar una protofibrilla de cuatro moléculas, como sucede en el pelo; en el cual ocho de estas protofibrillas forman una microfibrilla. Las hélices se estabilizan por interacciones hidrofóbicas y puentes salinos, pero además su dureza y resistencia depende del número de enlaces cruzados disulfuro entre las distintas cadenas polipeptídicas. Los distintos tipos de α‑queratinas se diferencias en su contenido en cisteína.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Las β‑queratinas se encuentran en las fibras de la seda, escamas, plumas, garras y picos de los reptiles y los pájaros. Tiene estructura de lámina plegada en conformación β, y poseen aminoácidos con cadenas laterales relativamente pequeñas, por lo que son ricas en glicina, alanina y serina, lo que permite que las láminas se sitúen próximas. Estas láminas β permanecen unidas por enlaces intracatenarios por puente de hidrógeno y por interacciones de van der Waals. La proteína más característica de esta grupo es la fibroína de la seda, que posee largas regiones de lámina β antiparalela (figura 3.14).

FIGURA 3.14. Dominios de los a-queratinas tipo I y II. Interacción de las cadenas polipeptídicas para formar filamentos.

Proteínas nucleares  Son proteínas simples de carácter básico que se encuentran en el núcleo de las células eucarióticas asociadas con el ácido desoxirribonucleico (DNA) formando la cromatina. Hay dos tipos: histonas y protaminas.

Histonas Son proteínas simples básicas, tienen un elevado contenido de arginina y lisina (20-30%), no contienen triptófano y relativamente pocos aminoácidos azu-

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frados. Son solubles en agua y no se coagulan con el calor; se hidrolizan por acción de tripsina y pepsina. Su peso molecular oscila entre 11.000 y 21.000. En las células eucarióticas el DNA está unido fuertemente a las histonas, que constituyen la mitad de la masa de los cromosomas. La cromatina, que indica la organización molecular del cromosoma, es la asociación del DNA y las histonas formando una estructura molecular definida, los nucleosomas. Las histonas que componen la cromatina son de cinco clases: H1, H2A, H2B, H3 y H4. Pueden sufrir modificaciones post-traducionales, presentándose acetiladas, metiladas, ADP-ribosiladas y fosforiladas en determinadas cadenas laterales de los aminoácidos, lo cual es importante para regular la capacidad del DNA para la replicación y la transcripción. Su conservadurismo evolutivo es enorme, especialmente el de las fracciones H3 y H4 en las que las velocidades de cambio evolutivo (número de cambios ocurridos en 100 aminoácidos cada 100 millones de años) son 1,1 y 0,06, respectivamente (tabla 3.1). Tabla 3.1. Características de los 5 tipos de histonas. Tipo de Histona

Residuos de aminoácidos

Masa molecular (Da)

Relación Lys /  A rg

H1

216

21.000

59 / 30

1 - No en el núcleo

H2A

129

14.500

13 / 13

2 - En el núcleo

H2B

125

13.800

20 / 80

2 - En el núcleo

H3

135

15.300

13 / 17

2 - En el núcleo

H4

102

11.300

11 / 14

2 - En el núcleo

Número de copias y Localización en el Nucleosona

Un nucleosoma está formado por un complejo proteico esférico o cilíndrico constituido por el octámero (H2A, H2B, H3, H4) 2, alrededor del cual se arrolla la doble hélice del DNA; 140 pares de bases (BP) están directamente unidos la núcleo (“core”) de histonas, dando una vuelta y tres cuartos, y hay de 20 a 100 BP entre los nucleosomas contiguos, es el DNA enlazante (“linker”). El tetrámero formado por dos histonas H3 y dos H4 ocupa el centro del nucleosoma, flanqueado a ambos extremos por un dímero H2A-H2B. Por lo tanto, una fibra de cromatina está formada por una cadena de nucleosomas flexiblemente enlazados. La histona H1 contribuye a compactar la estructura mediante un proceso de fosforilación-defosforilación, se fosforila al comenzar la mitosis y se defosforila cuando ésta ha terminado, está localizada en la parte exterior del nucleosoma, interaccionando con las histonas H2A del núcleo y el DNA enlazante; hay sólo una histona H1 por nucleosoma (figura 3.15).

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FIGURA 3.15. Esquema del octámero de histonas (A) y nucleosoma formado por el octámero proteico rodeado por una vuelta y tres cuartos (140 pares de bases) de superhélice levógira de ADN (B).

Protaminas Son proteínas simples de bajo peso molecular (5.000) que contienen aminoácidos básicos, principalmente arginina, aunque también algo de lisina; no contienen ni tirosina ni triptófano. Son solubles en agua y no se coagulan por el calor. Su pHI está comprendido entre 10 y 12. Se hidrolizan por acción de la tripsina. Se combinan fácilmente con los grupos aniónicos del DNA para formar nucleoproteínas. Se localizan en la cabeza de los espermatozoides, donde se asocian al DNA sustituyendo a las histonas, adoptan una disposición predominantemente α‑helicoidal y se cree que se unen al surco mayor del DNA, consiguiendo que el DNA adquiera su mayor grado de compactación.

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Preguntas test 

1 En relación a las funciones fisiológicas de la albúmina. ¿Qué afirmación es falsa? a Posee la capacidad de transportar una amplia variedad de materiales biológicos. b Transporta ácidos grasos de cadena larga. c Los ácidos grasos aumentan su estabilidad induciendo una cambio conformacional en la proteína. d La unión de la bilirrubina se ve favorecida por la unión previa de dos ácidos grasos. e Posee sitios de unión para el transporte de cationes, a excepción del cobre. 2 Una de las siguientes afirmaciones no se corresponde con la estructura y función del fibrinógeno: a Es una proteína formada por tres tipos distintos de cadenas polipeptídicas. b La molécula tiene una elevada carga negativa, concentrada tanto en la región central como en los extremos. c Sus cadenas polipeptídicas están unidas unas a otras únicamente mediante enlaces no covalentes, tipo puente de hidrógeno e interacciones hidrofóbicas. d Se transforma en un monómero de fibrina por acción de la trombina. e El monómero de fibrina carece de fibrinopéptidos. 3 ¿Cuál de las siguientes proteínas forma complejos con la hemoglobina, impidiendo así la pérdida de hierro del grupo hemo? a Transferrina.

b Albúmina.

d Haptoglobina.

e Ceruloplasmina.

c Transcortina.

4 Indicar la afirmación falsa en relación con las siguientes proteínas plasmáticas: a La albúmina no interviene en el mantenimiento de la presión oncótica de la sangre. b El fibrinógeno está formado por 6 cadenas polipeptídicas. c La mioglobina está constituida por una única cadena de 153 aminoácidos con un grupo hemo.

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d La hemoglobina es una proteína alostérica mientras que la mioglobina no lo es. e Todas son ciertas. 5 ¿Cuál de las siguientes globulinas transporta cortisol y cobre, respectivamente? a Haptoglobina y Ceruloplasmina. b Plasminógeno y Haptoglobina. c Transferrina y Protrombina. d Transcortina y Ceruloplasmina. e Transferrina y Transcortina. 6 ¿Cuál de los siguientes pares de proteínas son el principal transportador de hemoglobina y hierro en el plasma? a Transferrina y albúmina. b Haptoglobina y transferrina. c Ceruloplasmina y transferrina. d Albúmina y fibrinógeno. e Transcortina y ceruloplasmina. 7 En relación con el fibrinógeno que afirmación no es correcta: a Es una glicoproteína. b Es un dímero de tres cadenas distintas. c Los fibrinopéptidos están en la región carboxi-terminal de las cadenas α y β. d Presenta anillos disulfuro que unen las tres cadenas peptídicas. e Las dos mitades del dímero están unidas por puentes disulfuro. 8 La albúmina es una proteína plasmática que se caracteriza por: a Está formada por tres cadenas polipeptídicas unidas por puentes disulfuro que forman tres dominios homólogos. b Su carga neta es altamente positiva en el dominio N‑terminal a pH fisiológico. c Las albúminas que poseen His en la tercera posición de una de las cadenas polipeptídicas poseen un centro específico para la unión a Ca2+. d La unión de dos ácidos grasos de cadena larga induce un cambio conformacional en la proteína que favorece la unión de bilirrubina. e Sólo transporta compuestos hidrosolubles con elevada carga positiva.

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9 La molécula de fibrina: a Se forma al liberarse los fibrinopéptidos A y B del fibrinógeno por acción del factor XIIIa. b Su polimerización se debe a interacciones electrostáticas. c Su fibra se estabiliza por enlaces covalentes entre cadenas laterales de ácido glutámico. d Su fibra se estabiliza por enlaces covalentes cruzados, cuya formación cataliza la trombina. e Todas las anteriores son ciertas. 10 Indicar la afirmación cierta en relación con las siguientes proteínas plasmáticas: a La transferrina permite la entrada de cobre al interior celular mediante internalización por endocitosis tras unirse a un receptor de membrana específico. b La albúmina no transporta ácidos grasos en sangre. c La transcortina transporta cortisol hasta los tejidos diana mediante internalización por unión a receptores específicos. d La ceruloplasmina transporta hierro por la sangre. e Todas son falsas. 11 La inmunoglobulina G: a Puede formar dímeros. b Puede formar tetrámeros. c Posee cadena lambda pero no kappa. d A y B son ciertas. e Ninguna de las anteriores es cierta. 12 La especificidad de las Inmunoglobulinas radica en: a La región constante de las cadenas pesadas. b La región constante de las cadenas pesadas y ligeras. c La región hipervariable de las cadenas pesadas. d Las regiones hipervariables de las cadenas pesadas y ligeras. e En la región carboxílica de la cadena ligera. 13 Respecto a las inmunoglobulinas, señalar la afirmación falsa: a Poseen enlaces disulfuro intercatenarios. b Las regiones de las cadenas situadas entre enlaces disulfuro intracatenarios tiene una estructura secundaria característica.

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c Las regiones constantes de las inmunoglobulinas se encuentran sólo en las cadenas pesadas. d La región variable de las cadenas está en la zona amino-terminal. e Las cadenas pesadas determinan la clase de las inmunoglobulinas. 14 La estructura molecular de la Inmunoglobulina A es: a (γ2k2)2S. b (α2k2)2S. c (α2λ2)2. d (µ2k2)2. e b y c son ciertas. 15 ¿Cuál de las siguientes Inmunoglobulinas tiene función de aglutinación? a IgA. b IgG. c IgE. d IgM. e IgD. 16 ¿Cuáles proteína a IgM e d IgM e

de las siguientes Inmunoglobulinas están unidas a la J? IgG. b IgG e IgA. c IgA e IgM. IgD. e IgD e IgE.

17 Las inmunoglobulinas que fijan complemento son: a IgA e IgM. b IgM e IgG. c IgG e IgE. d IgE e IgD. e IgD e IgA. 18 Respecto a las Inmunoglobulinas, que afirmación es falsa: a Las zonas hipervariables determinan la especificidad del anticuerpo. b Las funciones efectoras de cada clase de Inmunoglobulinas residen en la región constante de cadena pesada. c Distintas clases de Inmunoglobulinas pueden tener la misma especificidad. d Una clase de Inmunoglobulina sólo puede tener una especificidad. e Cada clase de Inmunoglobulina tiene actividades biológicas distintas. 19 En una inmunoglobulina hay varios tipos de determinantes antigénicos, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es cierta? a Isotípicos, están en algunos individuos de una especie. b Alotípicos, están en todos los individuos de una especie. c Neotípicos, están en algunas zonas de la población. d Idiotípicos, son propios de cada individuo. e Todas son falsas.

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20 ¿Cuál de las siguientes células sintetiza anticuerpos? a Linfocitos T coadyuvantes.

b Linfocitos T citotóxicos.

c Macrófagos.

d Células plasmáticas.

e A y B son ciertas. 21 Respecto a los linfocitos CD4 +, ¿Qué afirmación es falsa? a Son células T coadyuvantes. b Son células T inductoras. c Responden a los antígenos asociados a proteínas MHC I. d Segregan interleuquina‑2. e Son necesarios en la respuesta inmune humoral. 22 Respecto a los linfocitos T, ¿qué afirmación es cierta? a La células T coadyuvantes no son necesarias para el funcionamiento de los linfocitos B. b Los linfocitos T citotóxicos reconocen el antígeno en el contexto de las proteínas MHC II. c Las células CD4+ se activan mediante interleuquina‑2 segregada por macrófagos. d Las células CD8+ que han reconocido al antígeno inducen la proliferación de las células CD4+ mediante la interleuquina‑1. e Ninguna de las anteriores es cierta. 23 ¿Cuál de las siguientes células segrega interleuquina‑2? a Asesinas naturales.

b Linfocitos T coadyuvantes.

c Linfocitos B.

d Células plasmáticas.

e Macrófagos. 24 Respecto a la activación de la vía clásica de complemento, ¿qué afirmación es cierta? a Es una activación inespecífica. b La activación está mediada por complejos antígeno-anticuerpo. c Son necesarias 2 moléculas de IgM para la activación de la vía. d La activación se produce directamente por polisacáridos de la pared bacteriana. e Puede activarse por cualquier clase de inmunoglobulina.

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25 Indicar la afirmación falsa en relación con las siguientes proteínas plasmáticas: a La albúmina es la proteína mayoritaria del plasma. b El fibrinógeno es una glicoproteína que forma parte de la etapa final de la cascada de coagulación. c La coagulación sanguínea se produce por dos vías idénticas formadas por una serie de zimógenos. d La ceruloplasmina es el vehículo de transporte del cobre por la sangre, y participa en su homeostasis. e En el proceso de coagulación sanguínea es esencial la presencia del ión Ca2+. 26 De las siguientes proteínas y complejos del sistema del complemento, ¿cuáles tiene actividad enzimática? a C1s y C4b2a.

b C5b67 y C4b2a.

c C4b2a y C3a.

d C4b2a y C4b2a3b.

e A y D son ciertas.

27 ¿Cuál de los siguientes fragmentos es una anafiltoxina? a C2b.

b C5b.

c C4a.

d C3a.

e C2a.

28 ¿Cuál de los siguientes complejos es la convertasa de C5? a C4b2a.

b C5b67.

d C4a2b3a.

e C4b2a.

c C4b2a3b.

29 La lisis celular producida por el complemento ¿cuándo comienza? a Con la formación de C4b2a.

b Al fijarse Clq al anticuerpo.

c Por acción de C5b67.

d Cuando se une C8 a C5b67.

e Con la rotura de C3 en C3a y C3b. 30 Respecto a la vía de la properdina, ¿qué afirmación es cierta? a Es una vía específica. b Necesita una respuesta humoral. c Se escinde C3 por acción enzimática. d No existe un enzima que escinda C5. e Carece de las proteínas C6 a C9.

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31 En relación con las proteínas plasmáticas y la coagulación sanguínea, ¿qué afirmación es cierta? a El plasma sanguíneo no contiene enzimas. b La albúmina está formada por 2 cadenas polipeptídicas unidas por puentes disulfuro. c Las haptoglobinas no forman complejos estables con la hemoglo­ bina. d El fibrinógeno está formado por una cadena polipeptídica, con 17 puentes disulfuro. e En el proceso de coagulación sanguínea se necesita la vitamina K como cofactor de una carboxilasa. 32 La Hemoglobina: a Está formada por una cadena polipeptídica. b Presenta cuatro grupos hemo. c Facilita el movimiento del O2 en el músculo. d Su estructura es α2β. e A y B son ciertas. 33 La protofirina IX tiene los 8 sustituyentes colocados de la manera siguiente: a M‑V-M-V-M-P-M‑P.

b M‑V-M-V-M-P-P‑M.

c V‑M-V-M-M-P-P‑M.

d M‑P-M-P-M-V-V‑M.

e M‑M-M-M-V-V-P‑P. 34 La Hemoglobina F está formada por: a α2γ2.

b α2β2.

c γ2.

d α2ε2.

e ε4.

35 Respecto a la Hemoglobina (Hb), cuál de las siguientes afirmaciones es falsa: a Su curva de disociación del O2 es hiperbólica. b La unión del O2 a la Hb es cooperativa. c La afinidad del Hb por el O2 depende del pH, cuando éste es más ácido se libera más O2. d El bisfosfoglicerato (BPG) reduce la afinidad de la Hb por el O 2. e El incremento de CO2 promueve la liberación de O2 de Hb.

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36 El centro de unión del oxígeno en la mioglobina se localiza en: a Una leucina de la cadena polipeptídica. b La sexta posición de coordi­nación del hierro del grupo hemo. c La histidina E7 o distal de la cadena peptídica. d La histidina F8 o proximal de la cadena peptídica. e Uno de los residuos de propionato del grupo hemo. 37 ¿Cuál es el aminoácido funcionalmente más importante en la cadena polipeptídica de la Hb? a Triptófano.

b Lisina.

d Histidina.

e Arginina.

c Valina.

38 En relación a la estructura cuaternaria de la hemoglobina (Hb), ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a Es la que le proporciona sus propiedades alostéricas. b Se encuentra en dos formas alternativas (T y R). c La forma T corresponde a la estructura cuaternaria de la desoxiHb. d La forma R se estabiliza mediante enlaces salinos. e La unión del O2 cataliza el paso de la forma T a la forma R. 39 En la oxigenación de la Hemoglobina: a Se forman enlaces salinos intercatenarios. b La estructura cuaternaria de la Hb pasa de la forma R a la T. c El átomo de hierro se introduce en el plano de la porfirina y arrastra a la His proximinal. d A y C son ciertas. e Nada de lo anterior es cierto. 40 El bisfosfoglicerato (BPG): a Disminuye la afinidad de la Mb por el O2. b Aumenta la afinidad de la Hb por el O2. c Disminuye la liberación de O2 de la Mb en los capilares de los te­ jidos. d Estabiliza la estructura cuaternaria de la oxihemoglobina. e Se une a la desoxihemoglobina.

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41 El dióxido de carbono (CO 2): a Aumenta la afinidad de la Mb por el O2. b Aumenta la afinidad de la Hb por el O2. c Se une a la Hb en los grupos C‑terminales. d Se une a la Hb en los grupos α‑amino. e Estabiliza la forma R de la Hb. 42 La banda A del sarcómero: a Contiene la zona H. b Está formada sólo por filamentos gruesos. c Contiene la línea M. d Contiene la línea Z. e B y D son falsas. 43 Respecto a la miosina, ¿qué afirmación es cierta? a Está formada por cuatro cadenas polipeptídicas. b Tiene un peso molecular de 230.000 daltons. c Cada cadena pesada tiene una cabeza globular doble. d En la cabeza globular hay ε‑N-trimetil-lisina. e Todas las anteriores son falsas. 44 El α‑helicoide enrollado de las cadenas pesadas de miosina: a Contiene prolina. b Cada hebra contiene una secuencia de siete residuos (abcdefg) hidrofóbicos. c Hay una zona de 28 residuos en cada cadena en la que se alternan los residuos con carga positiva y negativa. d Contiene los aminoácidos N‑terminales de las dos cadenas. e Todas las anteriores son falsas. 45 La miosina se divide en dos fragmentos: meromiosina ligera y meromiosina pesada, por acción de: a Pepsina.

b Tripsina.

d Pepsinógeno.

e Quimiotripsina.

c Papaína.

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46 Con relación a las proteínas musculares, ¿qué afirmación es falsa? a La actina es la proteína mayoritaria de los filamentos delgados. b La miosina es una proteína formada por seis cadenas polipeptídicas, dos pesadas y cuatro ligeras. c La troponina es un complejo proteico formado por tres cadenas polipeptídicas. d La tropomiosina es una molécula alargada formada por dos cadenas polipeptídicas. e La tropomiosina y la troponina forman parte de los filamentos gruesos y no ejercen función reguladora. 47 En relación a la banda I del sarcómero, ¿cuál es la afirmación falsa? a Es la banda clara del sarcómero. b En el centro de la banda I se sitúa la línea Z. c Está formada sólo por filamentos gruesos. d La proteína mayoritaria en esta banda es la actina. e Durante la contracción muscular completa desaparece la banda I. 48 La Troponina C: a Es la subunidad de troponina que se une a la actina. b Se une a la tropomiosina. c Tiene cuatro centros de unión para la Ca2+. d Consta de cuatro dominios homólogos unidos por una α‑hélice. e Forma parte de los filamentos gruesos. 49 La proteína más abundante en el cuerpo humano es: a Miosina.

b α‑queratina.

d Hemoglobina.

e Colágeno.

c β‑queratina.

50 En relación con el colágeno que afirmación es falsa: a Forma parte de la matriz extracelular del tejido conectivo. b Un tercio de sus aminoácidos son prolina. c La fibra de colágeno se estabiliza por enlaces covalentes cruzados. d Los carbohidratos están unidos a residuos de 5‑hidroxilisina. e La hidroxilación de algunos residuos de prolina y de lisina se produce en el interior del fibroblasto.

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51 Respecto a las escleroproteínas, ¿qué afirmación es cierta? a El colágeno tiene elevado contenido de glicina y triptófano. b El tropocolágeno está formado por dos cadenas polipeptídicas enroscadas entre sí en un doble cordón. c El colágeno posee restos de azúcares en su molécula. d Para el estudio de la elastina es necesario transformarla por ebullición en gelatina. e A y B son ciertas. 52 El colágeno: ¿qué afirmación es cierta? a Contiene mucha glicina.

b Es una proteína globular.

c Es un coenzima.

d Contiene triptófano.

e No contiene hidroxilisina. 53 Respecto al colágeno ¿qué afirmación es cierta? a Es soluble en agua. b Su función es fundamentalmente mecánica. c Contiene triptófano. d Forma parte del tejido nervioso. e Tiene estructura de hoja plegada. 54 Las α‑queratinas: a Son las escleroproteínas más blandas. b Son solubles en agua. c Se clasifican según el contenido de lisina. d Están formadas por cadenas polipeptídicas muy ricas en cisteína. e Presentan enlaces de hidrógeno que son los responsables de la resistencia de esta proteína. 55 Respecto al tropocolágeno, ¿qué afirmación es falsa? a Es la unidad estructural del colágeno. b Está formado por tres cadenas polipeptídica. c Es muy abundante en glicina y carece de 5‑hidroxilisina. d La secuencia Gly-Pro-Hyp es muy frecuente. e Presenta carbohidratos unidos covalentemente.

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56 El enlace cruzado aldólico es el responsable de: a La dureza de las queratinas.

b La estabilidad del colágeno.

c La elasticidad de la elastina.

d La solubilidad de la elastina.

e La estructura de la fibroína. 57 Se denomina desmosina al enlace formado por: a Dos moléculas de ε‑lisilal y una lisina. b Dos moléculas de ε‑lisilal y dos de lisina. c Una molécula de leucina y otra de lisina. d Tres moléculas de ε‑lisilal y una de lisina. e Cuatro moléculas de ε‑lisilal. 58 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a La elastina se desnaturaliza por acción de la elastasa. b El colágeno no se desnaturaliza por acción de la elastasa. c La elastina contiene glicina. d El colágeno contiene prolina. e La elasticidad de la elastina se debe a los enlaces por puente disulfuro. 59 Con relación al nucleosoma, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es cierta? a Está localizado en las células procarióticas. b Se encuentra en el citoplasma de las células eucarióticas. c Está formado por un octámero proteico sobre el que se arrolla la doble hélice del DNA. d Hay 140 pares de bases entre nucleosas contiguos. e B y C son ciertas. 60 Las histonas eucariotas: a Son proteínas nucleares muy ácidas. b Contienen grandes cantidades de metionina. c Son proteínas muy poco o nada conservadas a lo largo de la evo­ lución. d Todas ellas poseen una zona no globular próxima a su carboxilo terminal. e Son altamente policatiónicas e interaccionan con los grupos fosfato del DNA para formar nucleoproteínas neutras.

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61 El aminoácido más abundante en las histonas es: a Aspártico.

b Histidina.

d Tirosina.

e Arginina.

c Alanina.

62 ¿Cuál de las siguientes histonas se encarga de compactar la cadena de nucleosomas de la cromatina? a H2A.

b H2B.

c H3.

d H1.

e H4.

63 Las histonas que forman parte del octámero proteico del nucleosoma son: a H3, H2A, H1, H4.

b H3, H4, H1, H2B.

c H3, H4, H2A, H2B.

d H2A, H2B, H3, H1.

e H2A, H2B, H1, H4. 64 Respecto a las proteínas nucleares, señalar la afirmación falsa: a Son proteínas simples de carácter básico que se encuentran en el núcleo de las células eucarióticas. b Las histonas tienen un elevado contenido de arginina y lisina, y no contienen triptófano. c Las protaminas tienen un elevado contenido de triptófano y tirosina. d Las histonas son proteínas simples de carácter básico, se hidrolizan por acción de la tripsina y pepsina. e Las protaminas son solubles en agua y se hidrolizan por acción de la tripsina. 65 Las protaminas: a Su aminoácido más abundante es tirosina. b Su peso molecular es del orden de 50.000. c Están junto a las histonas en el DNA. d Se localizan en la cabeza de los espermatozoides e Flexibilizan el DNA al unirse a su surco mayor. 66 La enfermedad de Wilson se produce por la ausencia o disminución significativa de una de las siguientes proteínas: a Hemoglobina.

b Fibrinógeno.

d Protrombina.

e Ceruloplasmina.

c Plasminógeno.

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67 ¿Cuál de los siguientes tipos de células actúan como presentadoras de antígeno en la respuesta inmune? a Linfocitos B.

b Linfocitos CD4+.

d Macrófagos.

e Células plasmáticas.

c Células NK.

68 La anemia falciforme: a Es una enfermedad molecular asociada con la hemoglobina. b La hemoglobina falciforme (HbS) contiene valina en vez de glutamato en la posición 6 de la cadena β. c La desoxiHb falciforme tiene una solubilidad muy baja y forma un precipitado fibroso. d El precipitado fibroso deforma el eritrocito, que adopta una forma de hoz o media luna. e Todas las afirmaciones son ciertas. 69 ¿Qué son las talasemias? a Enfermedades moleculares relativas a la síntesis de las cadenas de las inmunoglobulinas. b Patologías asociadas a las cadenas de tropocolágeno que producen debilidad muscular. c Anomalías genéticas relacionadas con la síntesis de las cadenas de la hemoglobina. d Enfermedades producidas por deficiencias en la síntesis de la albúmina, que disminuye su concentración plasmática. e Deficiencias en la coagulación sanguínea como consecuencia de la síntesis deficiente de alguno de los factores de coagulación. 70 ¿Cuál es la proporción de las proteínas que forman los filamentos delgados del músculo estriado? a Un complejo troponina y una molécula de tropomiosina por cada filamento fino. b Tres moléculas del complejo troponina y tres tropomiosinas por cada filamento delgado. c Un complejo troponina y tres tropomiosinas por cada filamento de actina F. d Un complejo troponina y una tropomiosina por cada siete monómeros de actina G. e Tres complejos troponina y una tropomiosina por cada siete moléculas de actina F.

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Respuestas razonadas 

1 E La albúmina transporta cationes en la zona amino-terminal, que posee una carga neta negativa, tal es el caso del calcio, así como otros cationes. Además, en las albúminas de especies como la humana, el tercer aminoácido de la cadena es una histidina, lo que origina un sitio de unión específico para cobre y níquel, que consiste en un anillo de coordinación cuadrático plano con cuatro nitrógenos del tripéptido amino-terminal. 2 c La molécula de fibrinógeno es un dímero de tres cadenas peptídicas distintas conectadas por puentes disulfuro. 3 D Las haptaglobinas forman complejos específicos y estables 1:1 con la hemoglobina, una vez que los eritrocitos han sido hemolizados en el bazo. Debido a sus elevados pesos moleculares, estos complejos no pueden ser excretados por el riñón, lo que evita la excreción de hierro por la orina y protege al riñón de daño por hemoglobina. 4 a Las funciones de la albúmina son de dos tipos: a) Contribuir a la presión osmótica del plasma, la cual proporciona una fuerza que mantiene los fluidos en el interior vascular. b) Unir y transportar diferentes ligandos. 5 D La proteína encargada del transporte del cortisol por la sangre es la Transcortina, mientras que del transporte de cobre se encarga la Ceruloplasmina. 6 b Las haptoglobinas transportan hemoglobina de los eritrocitos lisados, se unen a ella y evitan su pérdida, y la transferrina transporta hierro. 7 C En la molécula de fibrinógeno las zonas amino-terminales de las cadenas α β y γ se sitúan en la zona central del dímero, enfrentadas las regiones amino-terminales de ambas mitades de dicho dímero. Es en el extremo N‑terminal de las cadenas α y β dónde se localizan los fibrinopéptidos A y B respectivamente. 8 d La albúmina tiene un sitio de alta afinidad para la bilirrubina. Una de sus funciones es la de unir los ácidos grasos de cadena larga, como el oleico. La unión de los dos primeros ácidos grasos a la albúmina induce una modificación estructural en la proteína y hace que aumente su afinidad por la bilirrubina.

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9 B La polimerización de la fibrina se produce por interacciones electrostáticas entre la zona central de la molécula, que queda con una carga de +5 al liberarse los fibrinopéptidos, y cada uno de los dominios terminales que poseen una carga neta de ‑4. 10 c La transcortina transporta cortisol hasta los tejidos diana, mediante internalización por unión a receptores específicos. Se sintetiza en el hígado y disminuye en enfermedades hepáticas. También transporta corticosterona. 11 E La inmunoglobulina G sólo se encuentra en forma de monómero y puede tener tanto cadena kappa como lambda. 12 D La especificidad de las Inmunoglobulinas radica en las regiones hipervariables de las cadenas pesadas y ligeras, que son zonas de máxima variabilidad dentro de la región variable, hay 3 segmentos en la cadena L y 4 en la H; estas zonas forman el centro de unión del antígeno. 13 C Tanto las cadenas pesadas (H) como las ligeras (L) tiene una zona variable y una región constante. La región constante de las cadenas pesadas es de mayor tamaño que la de cadenas ligeras, en el caso de la IgG la región constante de cadena pesada tiene tres dominios, denominados C H1, CH2 y CH3. Las regiones constantes de ambos tipos de cadenas se localizan en el extremo carboxi-terminal de las cadenas peptídicas. 14 E Ambas estructuras son ciertas porque IgA cuando está en las secreciones exocrinas se encuentra unida al componente secretor. 15 D IgM lleva a cabo reacciones de aglutinación dado que su estructura pentamérica hace que tenga 5 sitios de fijación para el antígeno. 16 C La proteína J se encarga de unir los monómeros en aquellas Inmunoglobulinas que están formadas por más de uno, que son IgM, que es un pentámero, e IgA que puede formar dímeros y trímeros. 17 B Las Inmunoglobulinas que fijan complemento son IgM e IgG; hacen falta dos moléculas de IgG o una de IgM para desencadenar la reacción. 18 D Una clase de Inmunoglobulinas puede tener tantas especificidades como determinantes antigénicos distintos frente a los que se sintetiza, con los cuales reacciona.

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19 D En las inmunoglobulinas hay varios tipos de determinantes antigénicos: a) Isotópicos: están en todos los individuos de una especie. b) Alotípicos: están en algunas zonas de la población. c) Idiotípicos: son propios de cada individuo. 20 D Las células plasmáticas proceden de la transformación de los linfocitos B que han tenido contacto con el antígeno específico, y son las que sintetizan anticuerpos específicos frente a ese antígeno. 21 C Los linfocitos CD4+ se activan al unirse al antígeno en la superficie de una célula presentadora del antígeno (Ej: macrófago) en el contexto de una proteína MHC de la clase II, a esta activación también contribuye la interleuquina‑1 secretada por el macrófago. 22 E Los linfocitos T coadyuvantes son imprescindibles para el funcionamiento de los linfocitos B y de otros linfocitos T. Los linfocitos T citotóxicos reconocen el antígeno en el contexto de las ­proteínas MHC I, que se encuentran en la superficie de todas las células con núcleo. Las células CD4+ se activan al unirse simultáneamente al antígeno y a la proteína MHC II, presentadas por el macrófago, a esto contribuye la interleuquina‑1 segregada por el macrófago. Las células CD4+ que han reconocido al antígeno, es decir están activadas, segregan interleuquina‑2, que induce la proliferación de las células CD8+ que también han reconocido el antígeno. 23 B Las células que segregan interleuquina‑2 son linfocitos CD8+ y CD4+, dentro de estos últimos se incluyen los linfocitos T coadyuvantes. 24 B Es una activación específica que presupone una respuesta humoral ya que está mediada por complejos antígeno-anticuerpo, hacen falta 2 IgG o 1 IgM. 25 c La coagulación sanguínea se produce por dos vías distintas: vía intrínseca y vía extrínseca. Ambas vías son cascadas enzimáticas formadas por una serie de zimógenos. Ambas se desencadenan de forma diferente. 26 E Tiene actividad enzimática: C1s, que actúa sobre C4 y C2; C4b2a que es la convertasa de C3; C4b2a3b que es la convertasa de C5.

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27 D Los fragmentos que tienen función de anafilotoxinas son C3a y C5a, producen liberación de histamina de las células que la contiene y tienen efecto quimiotácticos para ciertos leucocitos. 28 C La Convertasa de C5, que escinde la proteína C5 en C5a y C5b, está formada por C4b2a3b. 29 D La lisis celular comienza con la unión de C8 a la subunidad C5 del complejo C5b67, y aumenta su velocidad con la unión a C8 de varias moléculas de C9 hasta formarse un poro. 30 C La ruptura de C3 en C3a y C3b puede producirse por acción de C4b2a, plasmina, trombina y tripsina, así como por la formación de un complejo enzimático propio de la vía, constituido por C3b, el factor B y el factor D. 31 e Si no está presente la vitamina K, se producen proteínas sin residuos de γ‑carboxiglutamato, por lo que no pueden unir Ca2+ y, por lo tanto, no pueden participar en el proceso de coagulación. Proceso catalizado por acción de una carboxilasa que necesita como cofactor imprescindible para su acción a la vitamina K. 32 B La hemoglobina está formada por cuatro cadenas polipeptídicas y cada una de ellas tiene un grupo hemo. Los grupos hemo están localizados en unas oquedades cercanas al exterior de la molécula. 33 B El orden de los sustituyentes de la protoporfirina IX es M‑V-M-V-M-PP‑M, como puede verse en la figura 4. 34 A La hemoglobina F está formada por dos cadena α y dos cadenas γ, lo cual le confiere más afinidad por el O2 que la hemoglobina A. 35 A La curva de disociación del O2 de la hemoglobina es sigmoidea, es decir presenta carácter cooperativo. 36 B El centro de unión del oxígeno en la mioglobina, al igual que en la hemoglobina, es la sexta posición de coordinación del átomo de hierro del grupo hemo. La unión entre el hemo y la cadena polipeptídica es a través de la histidina F8 o proximal y la quinta posición de coordinación del hierro del hemo.

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37 D El más importante es la histidina porque hay dos His próximas al grupo hemo, la His F8 está unida al hierro del hemo y la His E7 que queda próxima a la sexta posición de coordinación del hierro. 38 D La estructura cuaternaria T es la de la desoxiHb y está estabilizada mediante enlaces salinos, en los que participan los residuos C‑terminales de las cuatro cadenas polipeptídica y los C‑terminales de las cadena laterales. Los reguladores alostéricos (H+, CO2, y BPG) estabilizan la forma T aumentando el número de enlaces salinos. La forma R es la estructura cuaternaria de la oxiHb, que carece de enlaces salinos, los cuales se han roto por la unión del O2. 39 C En la oxigenación el átomo de hierro se introduce en el plano de la porfirina y arrastra a la His proximal, lo cual origina la ruptura de los enlaces salinos intercatenarios y el equilibrio se desplaza de la forma T a la forma R. 40 E El BPG se une a la desoxihemoglobina, estabilizando su estructura cuaternaria, mediante enlaces cruzados con 6 residuos cargados positivamente, tres en cada cadena β, situados en la cavidad central de la molécula de Hb. 41 D El CO2 se une a la Hb en los grupos α‑amino reversiblemente, formando carbamatos que establecen puentes salinos, estabilizando la forma T, con lo que disminuye la afinidad de la Hb por el oxígeno. 42 E La banda A está formada por filamentos gruesos y delgados, contiene la zona H, formada solamente por filamentos gruesos, en el centro de la cual está la línea M. 43 D La molécula de miosina, de peso molecular 540.000, consta de 6 cadenas, dos de ellas pesadas. Cada cadena tiene una cabeza globular, en la que existen aminoácidos poco frecuentes como la ε‑N-trimetil-lisina, y una cola en α‑hélice. 44 E El α‑helicoide enrollado carece de prolina, tiene aminoácidos formadores de α‑hélice, cada una de las dos cadenas que lo forman presenta una secuencia repetida de 7 residuos de los que dos son hidrofóbicos y se enfrentan entre sí para formar un núcleo hidrofóbico. Hay una unidad repetitiva cada 28 residuos que hace que haya bandas de cadenas laterales cargadas positiva y negativamente de forma alternativa. Corresponde a la zona C‑terminal de ambas cadenas pesadas.

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45 B El enzima que escinde la miosina en meromiosina pesada y ligera es la tripsina. 46 e La tropomiosina y la troponina son proteínas que forman parte de los filamentos delgados. Ejercen una función reguladora ya que actúan como mediadores de los efectos del Ca2+ sobre la interacción de la actina y la miosina. 47 C La banda I del sarcómero está formada exclusivamente por filamentos finos, los cuales están constituidos mayoritariamente por actina, aunque también presentan troponinas y tropomiosina. Esta banda es la región clara del sarcómero, que desaparece, al igual que la zona H, cuando se produce una contracción muscular completa, ya que el sarcómero se acorta hasta una longitud aproximada de 1 µm. 48 C La Troponina C es una de las subunidades de la Troponina, está formada por una cadena polipeptídica con dos dominios homólogos unidos por una α‑hélice, cada dominio tiene dos centros de unión para el calcio, es decir hay 4 centro de unión para el Ca2+ por molécula. 49 E El colágeno es la más abundante de las escleroproteínas y en general de las proteínas del organismo, constituye el 6% del peso total del cuerpo humano y el 25-30% de las proteínas orgánica totales. 50 B Un tercio de los aminoácidos del colágeno son glicina, ya que su cadena lateral es muy pequeña (un H) y es el único aminoácido que puede situarse en el interior de la triple hélice de la molécula de tropocolágeno, que tiene un paso de hélice de 3, por lo que uno de cada tres aminoácidos en cada cadena polipeptídica es glicina. También abunda la prolina, y posee 4‑hidroxipolina y 5‑hidroxilisina. Tanto la hidroxilación de los residuos como la unión de carbohidratos se produce en el interior del fibroblasto, antes de que el procolágeno sea excretado a la matriz extracelular, donde se transforma en tropocolágeno, moléculas que forman la fibra de colágeno. 51 C El colágeno posee en sus cadenas polipeptídicas restos de mono y disacáridos, como por ejemplo 2‑α-D-glucopiranosil-galactopiranosilhidroxilisina. 52 A Al estudiar la secuencia de aminoácidos del colágeno se observó que la mayor proporción corresponde a la glicina, cifrándose en 33%.

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53 B La función del colágeno es fundamentalmente mecánica debido a la existencia en el mismo de enlaces cruzados covalentes, que pueden ser inter e intramoleculares. 54 D Las queratinas son las escleroproteínas más duras, están formadas por cadenas polipeptídicas muy ricas en cisteína, que se unen entre sí por puentes disulfuro, los cuales están dispuestos en las tres dimensiones del espacio y son responsables de la resistencia de estas proteínas. 55 C El tropocolágeno muy abundante en glicina (33% de sus aminoácidos) y presenta 5‑hidroxilisina y 4‑hidroxiprolina. La 5‑hidroxilisina es esencial en la molécula de colágeno, ya que este aminoácido es el sitio de unión de los carbohidratos, y además participa decisivamente en la formación de enlaces covalentes cruzados del colágeno. Es la molécula de elastina la que carece de 5‑hidroxilisina. 56 B Los enlaces cruzados aldólicos del colágeno son enlaces covalentes, pueden ser inter o intramoleculares, los primeros se establecen entre lisina e hidroxilisina, ambas en forma adehídica; y los segundos entre cadenas laterales de lisina en forma de ε‑lisilal, situadas en la zona no helicoidal próxima al extremo N‑terminal de la cadena. Estos enlaces de carácter fuerte son los que estabilizan el colágeno. 57 D Se denomina desmosina al enlace complejo que resulta de la unión de tres moléculas de ε‑lisilal con una molécula de lisina, es el enlace característico de la elastina. 58 E La elasticidad de la elastina se debe a los enlaces H de Patridge, mientras que los puentes disulfuro son característicos de las α‑queratinas. 59 C Un nucleosoma esta formado por un complejo proteico esférico o cilíndrico constituido por el octámero (H2A, H2B, H3, H4) 2 alrededor del cual se arrolla la doble hélice del DNA, 140 pares de bases están directamente unidos al núcleo de histonas y hay de 20 a 100 pares de bases entre nucleosomas contiguos. 60 E Las histonas son proteínas de carácter básico, contienen muchos residuos de arginina y lisina, y su carga neta es positiva, lo que hace que interaccionan con las cargas negativas del esqueleto fosfodiéster del DNA. Son proteínas muy conservadas a lo largo de la evolución, con una gran similitud en su estructura primaria, y por tanto en su estructura terciaria y su función. Su región carboxi-terminal posee una zona globular, mientras que, como sucede

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con al histona H4, su extremo amino-terminal puede acetilizarse y fosforilarse reversiblemente, lo que puede tener un papel regulador en procesos de transcripción y replicación de DNA. 61 E El aminoácido más abundante en las histonas es la arginina, que junto con la lisina constituye el 20-30% de los aminoácidos. 62 D La histona H1 contribuye a compactar la cadena de nucleosomas que forman la fibra de cromatina mediante un proceso de fosforilación-defosforilación. 63 C El octámero del complejo proteico del nucleosoma está formado por dos moléculas de cada una de las siguientes histonas: H3, H4, H2B y H2A. 64 C Las protaminas son proteínas simples, que contienen aminoácidos básicos, principalmente arginina. No contienen ni tirosina ni triptófano. 65 D Las protaminas se localizan en la cabeza de los espermatozoides, unidas al DNA en lugar de las histonas, contribuyen a compactar al máximo el DNA. 66 E En la enfermedad de Wilson, que es rara y hereditaria, la ceruloplasmina del plasma cae a niveles muy bajos, lo que conduce a un aumento importante de cobre en cerebro e hígado, lo que provoca importantes daños neurológicos y hepáticos. La ceruloplasmina une ocho iones Cu + o Cu2+, por lo que ayuda a mantener la homeostasis del Cu2+ y sirve como transportador de este catión. 67 D Las células presentadoras de antígeno son macrófagos, aunque también desempeñan esta función las células de los islotes de Langerhans, las dendríticas de la sangre, células del bazo y de los nódulos linfáticos y también células de la piel. 68 E La anemia falciforme es una enfermedad molecular asociada con la hemoglobina. Esta patología se caracteriza por la presencia de eritrocitos en forma de hoz o media luna, que quedan atrapados en los vasos sanguíneos pequeños y producen lesiones en múltiples órganos. Además las células falciformes son más frágiles y se hemolizan más fácilmente, lo que produce anemia. La deformación de los eritrocitos falciformes se debe a la hemoglobina falciforme (HbS), en la cual la posición 6 de la cadena β tiene valina, en vez de glutamato que es el aminoácido normal. Esta modificación hace que la

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desoxi-HbS forme un precipitado fibroso, las fibras de desoxi-HbS tienen un diámetro de 21,5 nm, y están formadas por una hélice de 14 hebras, cada una de las hebras es una asociación de siete parejas de moléculas de HbS. La modificación falciforme apenas afecta a la afinidad por el oxígeno ni las propiedades alostéricas de la hemoglobina. 69 C Las talasemias son enfermedades genéticas caracterizadas por una síntesis defectuosa de una o más cadenas de la hemoglobina. Se producen por mutaciones que conducen a la ausencia o deficiencia en una cadena α o β de la globina. Pueden originarse por la carencia del gen que codifica la cadena polipeptídica; por deficiencias en la transcripción o traducción del gen, debido, por ejemplo, a mutaciones en el promotor o en los intrones; y también por la producción de un mensajero en cantidad normal aunque mutado que codifica una proteína anormal. 70 d El complejo de la troponina (TnC, TnI y TnT) se encuentra en los filamentos delgados cada 40 nm, que es la longitud de la molécula de tropomiosina, por lo tanto, hay un complejo troponina y una molécula de tropomiosina por cada siete monómeros de actina G de la fibra de actina F.

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 Bloque temático 4 

Ácidos nucleicos Ácidos nucleicos. Composición. Bases nitrogenadas. Nucleósidos. Nucleótidos. DNA: Estructura y propiedades. RNA: Estructura y propiedades. Nucleasas  La información genética es almacenada y transmitida por los ácidos nucleicos DNA (ácido desoxirribonucleico) y RNA (ácido ribonucleico), que son macromoléculas resultantes de la polimerización de un número elevado de nucleótidos. Los nucleótidos están formados por tres unidades fundamentales: bases nitrogenadas, una osa y ácido fosfórico. La unión de una osa (ribosa o 2‑desoxirribosa) y una base nitrogenada (púrica o pirimidínica) por un enlace N‑glucosídico se denomina nucleósido. El compuesto formado por la esterificación de un nucleósido por ácido fosfórico es un nucleótido. ÁCIDO NUCLEICO (polinucleótido)

NUCLEÓTIDOS

NUCLEÓSIDOS

ÁCIDO FOSFÓRICO

BASES PÚRICAS PENTOSA O PIRIMIDÍNICAS (D-Ribosa o D-2-desoxirribosa)

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Bases nitrogenadas  Las bases nitrogenadas pueden ser de dos tipos: púricas y pirimidínicas, que derivan, respectivamente, de la purina y de la pirimidina.

Bases púricas La purina es un heterociclo del que derivan numerosos compuestos por sustitución de los átomos de hidrógeno de los grupos CH por diversos radicales; todos se caracterizan por su carácter aromático y por absorber intensamente la luz ultravioleta (figura 4.1). Las bases púricas presentes en los ácidos nucleicos, tanto en el DNA como en el RNA, son:

FIGURA 4.1. Estructura de la purina.

• Adenina (A) ó 6‑amino-purina. • Guanina (G) ó 2 amino-6-hidroxi-purina (figura 4.2).

FIGURA 4.2. Bases púricas presentes en los ácidos nucleicos.

Otras bases púricas, derivadas de las anteriores son la hipoxantina (6‑oxipurina) y la xantina (2,6-dioxi-purina) (figura 4.3).

FIGURA 4.3. Bases púricas infrecuentes en los ácidos nucleicos.

Una modificación común de estas bases en los ácidos nucleicos es la metilación, así tenemos la 6‑metil-adenina, la 2‑metil-guanina y la 7‑metil-guanina.

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Bases pirimidínicas Derivan del núcleo de pirimidina por sustitución de los hidrógenos de los grupos CH por diversos radicales. Absorben intensamente en el ultravioleta (figura 4.4).

FIGURA 4.4. Estructura de la pirimidina.

Hay tres bases pirimidínicas en los ácidos nucleicos: • Citosina (C) ó 2‑hidroxi-4-amino-pirimidina, presente en todos los ácidos nucleicos. Algunos derivados suyos, presentes en pequeña cantidad de algunos DNA son la 5‑metil-citosina y la 5‑hidroximetil-citosina. • Uracilo (U) ó 2,4-dihidroxi-pirimidina, está presente en todos los RNAs, pero no en el DNA. • Timina (T) ó 2,4-dihidroxi-5-metil-pirimidina, se encuentra en el DNA, pero no en los RNAs (figura 4.5).

FIGURA 4.5. Bases piramídínicas presentes en los ácidos nucleicos.

Tanto las bases púricas como las pirimidínicas pueden tener varias configuraciones tautoméricas. La tautomería puede ser: a) Ceto-enólica (figura 4.6)

FIGURA 4.6. Tautomería ceto-enólica.

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b) Amino-imino (figura 4.7)

FIGURA 4.7. Tautomería amino-imino.

Osas  Las osas que forman parte de los ácidos nucleicos son pentosas, estables en su forma furanósica (figura 4.8): • D‑ribosa presente en los RNAs. • D‑2-desoxirribosa, en el DNA.

FIGURA 4.8. Estructura de la D‑ribosa y de la D‑2‑dexosirribosa.

Nucleósidos  Ribonucleósidos Se encuentran en los RNAs. RIBONUCLEÓSIDO = RIBOSA + BASE NITROGENADA Los presentes en los RNAs son: • Adenosina: El enlace β‑N-glucosídico se establece entre el C1′ de la ribosa y el N9 de la adenina. • Guanosina: El enlace β‑N-glucosídico es entre el C1′ de la ribosa y el N9 de la guanina.

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• Uridina: El enlace β‑N-glucosídico es entre el C1′ de la ribosa y el N1 del ura­cilo. • Citidina: El enlace β‑N-glucosídico es entre el C1′ de la ribosa y el N1 de la citosina. • Seudo-uridina: El enlace C‑glucosídico es entre el C1′ de la ribosa y el C5 del uracilo (figura 4.9 y tabla 4.1).

FIGURA 4.9. Ribonucleósidos.

Tabla 4.1. Ribonucleósidos y Desoxirribonucleósidos. Ribonucleósidos Nombre

Base nitrogenada

OSA

Adenosina Guanosina Citidina Uridina

Adenina Guanina Citosina Uracilo

D‑ribosa

Desoxirribonucleósidos Desoxiadenosina Desoxiguanosina Desoxicitidina Desoxitimidina o timidina

Adenina Guanina Citosina Timina

D‑2-desoxirribosa

Desoxirribonucleósidos Se encuentran en el DNA. DESOXIRRIBONUCLEÓSIDOS = = 2‑DESOXI-RIBOSA + BASE NITROGENADA

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Los que se encuentran en el DNA son: • Desoxiadenosina: Enlace β‑N-glucosídico entre C1′ del azúcar y N9 de adenina. • Desoxiguanosina: Enlace β‑N-glucosídico entre C1′ de la osa y N9 de gua­nina. • Desoxicitidina: Enlace β‑N-glucosídico entre C1′ del azúcar y N1 de citosina. • Desoxitimidina: Enlace β‑N-glucosídico entre C1′ del azúcar y N1 de timi­dina (figura 4.10).

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FIGURA 4.10. Desoxirribonucleósidos.

Nucleótidos  Son los ésteres fosfóricos de los nucleósidos. El grupo fosfórico puede estar esterificando uno cualquiera de los hidroxilos libres del azúcar, pero en los ácidos nucleicos, tanto RNAs como DNA, hay nucleótidos en 5′, es decir, nu­cleó­si­ dos-5′-monofosfato.

Ribonucleótidos Se encuentran formando los RNAs (figura 4.11). • Ácido adenílico o adenosina 5′‑monofosfato (AMP). • Ácido guanílico o guanosina 5′‑monofosfato (GMP).

FIGURA 4.11. Ejemplo de ribonucleótido.

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• Ácido citidílico o citidina 5′‑monofosfato (CMP). • Ácido uridílico o uridina 5′‑monofosfato (UMP). • Ácido seudo-uridílico o seudo-uridina 5′‑monofosfato (ΨMP).

Desoxirribonucleótidos Constituyen el DNA. • Ácido desoxiadenílico o desoxiadenosina 5′‑monofosfato (dAMP). • Ácido desoxiguanílico o desoxiguanosina 5′‑monofosfato (dGMP). • Ácido desoxicitidílico o desoxicitidina 5′‑monofosfato (dCMP). • Ácido desoxitimidílico o desoxitimidina 5′‑monofosfato (dTMP) (figura 4.12 y tabla 4.2).

FIGURA 4.12. Ejemplo de desoxirribonucleótido.

Tabla 4.2. Ribonucleótidos y Desoxirribonucleótidos. RIBONUCLEÓTIDOS Nombre

Composición

Ácido adenílico o adenosín-5'-monofosfato (AMP)

Adenosina + ácido fosfórico

Ácido guanílico o guanidín-5'-monofosfato (GMP)

Guanosina + ácido fosfórico

Ácido citidílico o citidín-5'-monofosfato (CMP)

Citidina + ácido fosfórico

Ácido uridílico o uridín-5'-monofosfato (UMP)

Uridina + ácido fosfórico

DESOXIRRIBONUCLEÓTIDOS Ácido desoxitimidílico o desoxitimidín-5'-monofosfato (dTMP)

Desoxitimidina + ácido fosfórico

Ácido desoxiguanílico o desoxiguanosín-5'-monofosfato (dGMP

Desoxiguanosina + ácido fosfórico

Ácido desoxicitidílico o desoxicitidín-5'-monofosfato (dCMP)

Desoxicitidina + ácido fosfórico

Ácido desoxiadenílico o desoxiadenosín-5'-monofosfato (dAMP)

Desoxiadenosina + ácido fosfórico

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Ácido Desoxirribonucleico (DNA)  Estructura Estructura primaria El DNA es, como se mencionó anteriormente, un polímero de desoxirribonucleótidos, unidos por enlaces 3′‑5′-fosfodiéster. Las cadenas de DNA tienen polaridad; el azúcar del nucleótido de uno de los extremos de la cadena tiene un grupo 3′‑OH libre y el azúcar del nucleótido del otro extremo de la cadena tiene un grupo 5′‑P. Por convención, el extremo 5′‑P de la cadena de polinucleótidos se escribe a la izquierda, es decir, la secuencia de bases está escrita en la dirección 5′ → 3′. El polidesoxirribonucleótido de la figura 4.13 puede representarse de la siguiente forma:

o más abreviadamente como pApGpCpTpC o AGCTC.

FIGURA 4.13. Cadena de desoxinucleótidos unidos por enlace fosfodiéster 5′  →  3′.

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Erwin Chargaff, en 1950, encontró en el DNA de todas las especies que estudió la siguiente proporción de bases nitrogenadas: • A / T = 1. • C / G = 1. Es decir, que A + C = G + T. Esta equivalencia tomó significado cuando Watson y Crick propusieron su modelo de DNA.

Estructura secundaria La estructura secundaria del DNA fue establecida en 1953 por James Watson y Francis Crick basándose en patrones de difracción de rayos X de fibras de DNA. Su modelo presenta las siguientes características: • La molécula de DNA está constituida por dos cadenas de polinucleótidos formando una doble hélice dextrógira. • Las dos cadenas de la doble hélice están orientadas con polaridad opuesta, es decir, son antiparalelas (figura 4.14). • Los anillos de desoxirribosa con el grupo fosfato unido están en el exterior de la hélice, con lo cual las cargas negativas de los grupos fosfato pueden interaccionar con los cationes de la solución, lo que estabilizaría la molécula. • Las bases nitrogenadas están en el interior de la hélice. Las dos cadenas permanecen unidas mediante puentes de hidrógeno; solamente los pares A‑T y G‑C pueden acomodarse en la estructura de doble hélice. El enlace A‑T es mediante dos puentes de hidrógeno y el G‑C mediante tres, por lo cual es más estable. Por lo tanto, la secuencia de nucleótidos de una cadena de la doble hélice determina la secuencia de la otra cadena, y se dice que las dos cadenas de una molécula de DNA son complementarias. • Los planos que contienen las bases son perpendiculares al eje de la hélice. Los planos que contienen los azúcares están formando

FIGURA 4.14. Esquema de doble hélice con las bases nitrogenadas apareadas.

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ángulos casi rectos con los de las bases. • El diámetro de la hélice es de 20 Å, la separación entre nucleótidos adyacentes a lo largo del eje de la hélice es de 3,4 Å, desplazados por una rotación de 36 grados, y el paso de hélice es de 34 Å, por lo que hay 10 pares de nucleótidos por vuelta de hélice. • Puede haber cualquier secuencia de bases en la cadena polinucleotídica. Una secuencia concreta de bases transporta una información genética precisa. La estructura de doble hélice del DNA se puede presentar bajo distintas formas: a) Forma B del DNA: Es la de mayor interés biológico ya que es la que suele encontrarse en condiciones fisiológicas. Corresponde básicamente al modelo propuesto por Watson y Crick (figura 4.15), con 10 pares de bases por vuelta de hélice y una separación de, aproximadamente, 3,4 Å entre nucleótidos contiguos. Se caracteriza por presenFIGURA 4.15. Configuración helicoidal tar dos tipos de surcos, uno anbicatenaria del DNA en su forma B. cho o surco mayor (12 Å de ancho) y otro estrecho o surco menor (6 Å), aparecen porque los enlaces glicosídicos de cada par de bases no resultan diametralmente opuestos, uno con respecto a otro. b) Forma A del DNA: Aparece cuando la humedad relativa es inferior al 75%. Presenta 11 pares de bases por vuelta, el paso de hélice es de, aproximadamente, 28 Å y la inclinación de las bases es de 20 grados respecto al eje de la hélice. Aunque los dos surcos del DNA tienen una altura parecida, uno de ellos es muy profundo y el otro casi desaparece. La forma A aparece en el DNA deshidratado, en los híbridos RNA-DNA y en las regiones de doble hebra del RNA.

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c) La forma Z del DNA: Fue descubierta al estudiar la estructura del oligonucleótido CGCCG. La forma Z es una hélice doble, con las cadenas antiparalelas y con el apareamiento de Watson y Crick entre guanina y citosina. Sin embargo, esta hélice es levógira, los fosfatos del esqueleto están en zigzag y sólo contiene un surco de hélice profundo. Presenta 12 pares de bases por vuelta de hélice, con un paso de hélice de unos 43 Å. Esta forma sólo aparece en disolución en condiciones de alta fuerza iónica, está termodinámicamente desfavorecida debido a las repulsiones electrostáticas entre los grupos fosfato, que están más próximos que en la forma B. Su formación está favorecida por metilación del C5 de la citosina, lo cual, junto con secuencias repetitivas de pirimidinas-purinas, es frecuente en eucariontes. Hay dos tipos de moléculas de DNA: • Lineales: Se localizan en células eucarióticas y en algunas procarióticas, así como en algunos virus. • Circulares: Como el caso de la bacteria E. coli que tiene un cromosoma circular, lo cual se descubrió al comprobar que el mapa de correlación genética de esta bacteria era circular. También algunos virus como el fago λ presentan cromosomas circulares, en este caso en su forma replicativa. También los plásmidos, presentes en el citoplasma de numerosas bacterias, son pequeñas moléculas de DNA circular.

Estructura terciaria El DNA lineal en disolución se comporta como un ovillo estadístico de gran rigidez, debido al impedimento estérico que originan las interacciones intramoleculares que estabilizan la doble hélice. Este hecho se produce a partir de un peso molecular de uno o dos millones; por debajo de este peso molecular se comporta como una varilla ligeramente flexible. La flexibilidad del DNA parece deberse a pequeñas distorsiones en la molécula que le permiten curvarse ligeramente. Los DNAs circulares virales, de pequeño tamaño, cuando se aíslan aparecen superenrollados negativamente. El DNA superenrollado es la forma común de la mayor parte del DNA de las células vivas; así el DNA cromosómico bacteriano está organizado en bucles aislados, que se comportan como anillos que pueden superenrollarse independientemente. En las bacterias, el enzima que superenrolla, negativamente, el DNA es la DNA-girasa. El superenrollamiento es un mecanismo para regular la transcripción.

Propiedades físicas y químicas • El tamaño del DNA, y por tanto su peso molecular, es muy elevado, variando considerablemente de unas especies a otras; así el DNA de la bac-

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teria E. coli contiene 4 × 105 pares de bases, siendo su peso molecular de 2 × 106 KDa, mientras que el DNA del fago ØX174 contiene 5.386 pares de bases y su peso molecular es 3,4 × 106 Da. • El DNA puede solubilizarse en forma de sal sódica, y precipita por adición de etanol en forma de fibras elásticas blanquecinas. • Las dos hebras de la hélice de DNA pueden separarse fácilmente por acción del calor, este fenómeno se denomina fusión y tiene lugar a una temperatura determinada. La temperatura de fusión, Tm, se define como aquella temperatura en la cual se desnaturaliza la mitad de la estructura helicoidal. La temperatura de fusión depende de la composición de bases de la molécula de DNA, la moléculas ricas en pares GC tienen temperaturas de fusión más elevadas que las ricas en AT. Al descender lentamente la temperatura por debajo de la Tm, las hebras complementarias de DNA separadas se reasocian espontáneamente para formar nuevamente la doble hélice. • El DNA absorbe en el ultravioleta, a 260 nm, debido a la presencia de las bases púricas y pirimidínicas. El valor de la absorción aumenta después de una degradación total o parcial de la molécula bajo la influencia de un tratamiento químico, enzimático o por acción del calor; éste es el llamado efecto hipercrómico. • Cuando el DNA se somete a hidrólisis ácida, se eliminan las bases púricas, obteniéndose un ácido apurínico. • Los distintos tipos de DNA tienen distinto coeficiente de sedimentación. Si se somete a centrifugación en gradiente de sacarosa neutro una muestra que contenga un DNA lineal, otro circular relajado y uno superenrollado, éstos se separan en función de su coeficiente de sedimentación, siendo el menor el del DNA lineal y el mayor el del superenrollado, el del circular relajado tienen un valor intermedio entre ambos.

Ácido Ribonucleico (RNA)  Estructura Estructura primaria Los ácidos ribonucleicos son polímeros de ribonucleótidos, con un elevado número de unidades. Los ribonucleótidos adyacentes están unidos por enlaces 3′,5′-fosfodiéster. Las cadenas de RNA, al igual que las de DNA, tienen polaridad, con un 3′‑OH libre en un extremo y un 5′‑P en el otro; el extremo 5′ se escribe a la izquierda.

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El polirribonucleótido de la figura 4.16 puede representarse de la siguiente forma:

o bien como pApGpCpUpC o como AGCUC. Las moléculas de RNA son hebras simples; las proporciones de los diferentes ribonucleóticos varían según las clases de RNA, su origen biológico y el estado de nutrición del organismo del que procede.

    O‑       5′ O   P   O   CH2 A O       ‑     O HH HH 3′

    O OH       5′ O   P   O   CH2 G O       ‑     O HH HH 3′

    O OH       5′ O   P   O   CH2 C O       ‑     O HH HH 3′

    O OH       5′ O   P   O   CH2 U O       ‑     O HH HH 3′

    O OH       5′ O   P   O   CH2 C O       ‑     O HH HH 3′

OH

OH

FIGURA 4.16. Polirribonucleótido.

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Clases de RNA • RNA mensajero (mRNA): Es el molde para la síntesis de proteínas, es decir, traslada la información genética desde el DNA a los ribosomas, donde se produce la síntesis de cadenas polipeptídicas. Son moléculas grandes, con más de 5.000 nucleótidos. • RNA de transferencia (tRNA): Es el adaptador en la síntesis de proteínas, contiene un centro de unión de aminoácido y un centro de reconocimiento del molde o anticodón. Cada molécula de tRNA transporta un aminoácido específico activado hasta el lugar de la síntesis proteica. Son moléculas pequeñas de unos 75-85 nucleótidos. Tienen entre 10 y 15% de sus bases modificadas, presentan: inosina, inosina metilada en posición 1, guanina metilada en posición 1, guanina dimetilada en el N hexocíclico, seudo-uridina, ribotimidina (T) y dihidrouridina (UH2). • RNA ribosómico (rRNA): Forma parte de los ribosomas asociado con proteína. En células procarióticas se distinguen tres tipos de rRNA: 23S, 16S y 5S; en las células eucarióticas se distinguen: 28S, 18S, 5,8S y 5S. Son ricos en guanina y citosina y tienen muy poca seudo-uridina.

Estructura secundaria La molécula de RNA está formada por una única cadena polinucleotídica, sin embargo no es lineal, sino que forma estructuras irregulares parcialmente helicoidales mediante puentes de hidrógeno entre secuencias complementarias antiparalelas; las bases que se unen siguen la complementariedad de Watson y Crick (A:U y G:C), aunque no de forma estricta, ya que las hélices pueden incluir bases no apareadas y apareamientos no-Watson-Crick (G:U). La estructura secundaria del RNA depende de su estructura primaria, es decir, de la secuencia de nucleótidos y, en muchos casos, es importante para la propia función de las moléculas de RNA. El elemento estructural más importante en el RNA es la forma A de doble hélice que se forma en las regiones apareadas. Las estructuras secundarias más frecuentes en el RNA son: bucles en horquilla, bucles internos y salientes. Los rRNA presentan numerosos bucles de apareamiento, aproximadamente el 70% de la molécula. Los tRNA presentan numerosas bases modificadas, son modificaciones postranscripcionales que influyen decisivamente en la estructura secundaria de los tRNAs, puesto que generan zonas monocatenarias, que no pueden formar puentes de hidrógeno, en la cadena. Su estructura secundaria tiene forma de hoja de trébol y presenta las siguientes características (figura 4.17): • En el extremo 5′ tienen ácido guaní­lico. • El brazo UH2 se llama así por presentar dihidrouridina; reconoce la aminoacil-tRNA-sintetasa.

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FIGURA 4.17. Esquema de la estructura secundaria de un tRNA.

• El brazo del anticodón, que reconoce el codón del mensajero, tiene 7 bases desapareadas: 5′pyr-pyr-X-Y-Z-pur-base3′. • El brazo extra, que puede llegar a desaparecer o ser muy grande. • El brazo TΨC, contienen la secuencia ribotimidina (T), seudo-uridina (Ψ), citosina (C), es la zona de interacción con el ribosoma. • En el extremo 3′ hay una zona monocatenaria con 4 ó 5 mononucleótidos desapareados; todos los tRNA terminan en la secuencia CCA; esta zona transporta un aminoácido específico, esterificado por su grupo carboxilo al 2′ ó 3′‑OH del residuo A.

Estructura terciaria Las bases no apareadas que forman los bucles de las horquillas de RNA pueden interaccionar con secuencias distantes de la molécula de RNA, frecuentemente mediante apareamientos tipo Watson-Crick, aunque también se producen apareamientos no-Watson-Crick, así como otros tipos de puentes de hidrógeno, como aquellos en los que participa el OH en 2′ de la ribosa. Todos los enlaces contribuyen a formar la estructura terciaria de la molécula. De los RNAs, la estructura terciaria mejor establecida es la de los tRNAs, determinada por difracción de rayos X, que tiene forma de L, donde un extremo

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de la L corresponde al extremo 3′‑OH de la molécula y el otro extremo de la L corresponde al anticodón, quedando los bucles UH 2 y TΨC juntos en el vértice. Esta estructura está estabilizada por puentes de hidrógeno entre las bases de las zonas con estructura primaria; estos puentes de hidrógeno no siguen en todos los casos, el patrón de Watson y Crick (figura 4.18). UH2 TΨC

3′ OH

anticodón

FIGURA 4.18. Esquema de la estructura terciaria de un tRNA.

Propiedades físicas y químicas • El peso molecular de los RNAs oscila entre 25.000 y varios millones. • Su constante de sedimentación está comprendida entre 3S y 30S. • Son solubles en soluciones salinas diluidas e insolubles, generalmente, en disolventes orgánicos. • Los RNAs absorben en el ultravioleta a 260 nm, debido a la presencia de bases nitrogenadas. La degradación de la molécula produce un efecto hipercrómico.

Nucleasas  Son enzimas que degradan los ácidos nucleicos y son útiles para el estudio de los mismos. Se clasifican en: a) Según el sustrato que hidrolizan: • Inespecíficas: hidrolizan DNA y RNA. • Específicas de RNA o ribonucleasas. • Específicas de DNA o desoxirribonucleasas. b) Según su modo de acción: • Exonucleasas: hidrolizan por un extremo de la molécula. • Endonucleasas: hidrolizan la molécula por el centro.

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c) Según la posición del enlace fosfodiéster hidrolizado: • Tipo a: hidrolizan el enlace entre el P y el 3′‑OH; originan 5′‑oli­go­nu­ cleó­­ti­dos. • Tipo b: hidrolizan el enlace entre el P y el 5′‑OH; originan 3′‑oli­go­nu­ cleó­­ti­dos.

Nucleasas inespecíficas Comienzo Dirección de de hidrólisis hidrólisis

Nucleasa

Modo de acción

Posición de corte

Fosfodiesterasa de veneno de serpiente

Exo

a

RNA y DNA monocatenario

3′ OH

3′  →  5′

Fosfodiesterasa de bazo

Exo

b

RNA y DNA monocatenario

5′ OH

5′  →  3′

Nucleasa de Neurospora crassa

Endo

a

RNA y DNA monocatenario

Nucleasa de micrococo

Endo

b

RNA y DNA monocatenario DNA bicatenario

Sustrato que hidroliza

Ribonucleasas Modo de acción

Posición de corte

Sustrato que hidroliza

Comienzo de hidrólisis

Dirección de hidrólisis

Exo

a

RNA monocatenario

3′ OH

3  →  5′

RNasa pancreática

Endo

b detrás de pirimidinas

RNA

RNasa T1

Endo

b detrás de guanosinas

RNA

RNasa T2

Endo

b detrás de adenosinas

RNA

RNasa U2

Endo

b detrás de purinas

RNA

Nucleasa RNasa II de E. coli

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Desoxirribonucleasas Modo de acción

Posición de corte

DNasa II de E. coli

Exo

a

Corta el nucleósido mono P que no aparea con la otra banda de DNA. Es la actividad exonucleásica asociada con la DNA polimerasa I

3′ OH

3′  →  5′

DNasa VI de E. coli

Exo

a

Hidroliza el nucleótido terminal que no aparea con la otra banda de DNA. Es una actividad exonucleásica asociada con la DNA polimerasa I

5′ OH ó 5′ P

5′  →  3′

DNasa I de páncreas

Endo

a

DNA

DNasa II de bazo y timo

Endo

b

DNA

De restricción:    Tipo I

Endo

Nucleasa

   Tipo II:

     • Eco RI

     • Bam HI

     • Hae III

     • Xhol

Sustrato que hidroliza

Comienzo Dirección de de hidrólisis hidrólisis

inespecífica Una secuencia inespecífica de DNA específica Una secuencia específica de DNA       ↓ 5′ G‑A-A-T-T‑C 3′ 3′ C‑T-T-A-A‑G 5′                     ↑­        ↓ 5¢ G‑G-A-T-C‑C 3′ 3′ C‑C-T-A-G‑G 5′                     ↑­       ↓ 5′ G‑G-C‑C 3′ 3′ C‑C-G‑G 5′             ↑­       ↓ 5′ C‑T-C-G-A‑G 3′ 3′ G‑A-G-C-T‑C 5′                      ↑­

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Preguntas test 

1 La 5‑metil-uracilo se conoce también con el nombre de: a Adenina.

b Timina.

d Guanina.

e Xantina.

c Citosina.

2 La 2‑amino,6-oxi-purina se conoce también con el nombre de: a Timina.

b Uracilo.

d Citosina.

e Hipoxantina.

c Guanina.

3 La 6‑amino-purina recibe el nombre de: a Xantina.

b Guanina.

d Citosina.

e Ninguno de éstos.

c Hipoxantina.

4 ¿Cuál de las siguientes bases nitrogenadas se encuentra en el RNA, pero no en el DNA? a Uracilo.

b Timina.

d Adenina.

e Citosina.

c Guanina.

5 Sólo el DNA, pero no el RNA, contiene una de las bases nitrogenadas siguientes. Indica qué base es: a Adenina.

b Timina.

d Uracilo.

e Xantina.

c Citosina.

6 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta? a La citosina es una base púrica. b La guanina es una base pirimidínica. c La timina se encuentra en el RNA. d Todas las bases pirimidínica se encuentran en todos los ácidos nucleicos. e Todas las bases púricas se encuentran en todos los ácidos nucleicos. 7 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a La aloxana es un derivado de las bases pirimidínicas. b La teofilina es un derivado de las bases púricas. c La hipoxantina es un derivado de las bases púricas.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d El tiouracilo es un derivado de las bases pirimidínicas. e La xantina es un derivado de las bases pirimidínicas. 8 En relación con la estructura de las bases de los ácidos nucleicos, ¿qué afirmación es falsa? a La guanina es la 2‑amino,6-oxi-purina. b La adenina es la 2,6-dioxi-purina. c La timina es el 5‑metil-ura­cilo. d El uracilo es el 2,4-dioxi-pirimidina. e Nada de lo anterior es cierto. 9 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a La timina es una base pirimidínica. b La guanina es una base púrica. c El uracilo no está presente en el DNA. d La citosina presenta tautomería ceto-enólica. e El uracilo no presenta tautomería ceto-enólica. 10 La molécula de azúcar que forma parte de los ácidos nucleicos: a Es cualquier D‑aldopentosa. b Es D‑ribosa ó D‑2-desoxirribosa. c Se une a la posición 1 de las purinas. d Está en forma piranosa. e Nada de lo anterior es cierto. 11 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta? a Las osas que forman parte de los ácidos nucleicos son pentosas. b La D‑2-desoxirribosa está presente en el DNA. c La D‑ribosa está presente en los RNAs. d Las pentosas que forman parte de los ácidos nucleicos son estables en su forma furanósica. e Todo lo anterior es cierto. 12 La desoxirribosa que participa en los ácidos nucleicos: a Se encuentra en las moléculas de RNA. b Es la D‑3-desoxirribosa. c Se encuentra en forma furanosa.

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d Es la L‑2-desoxirribosa. e Se encuentra en forma de piranosa. 13 ¿Cuál de los siguientes compuestos es un nucleósido? a Adenina.

b Guanina.

d Ácido timidílico.

e Uracilo.

c Adenosina.

14 ¿Cuál de los siguientes compuestos es un nucleótido? a Ácido citidílico.

b Timidina.

d Uridina.

e Xantina.

c Citosina.

15 Las bases poco comunes de los nucleótidos se encuentran principalmentente: a rRNA.

b mRNA.

c tRNA.

d DNA mitocondrial.

e Ninguno de éstos.

16 La D‑ribosa está presente en la estructura de: a Timina.

b Timidina.

d Uridina.

e Citosina.

c Adenina.

17 La D‑2-desoxirribosa está presente en la estructura de: a Uridina.

b Ácido desoxitimidílico.

d Ácido uridílico.

e Guanina.

c Adenina.

18 De los siguientes coenzimas, ¿cuál no posee en su estructura una porción nucleotídica? a NAD+.

b ATP.

c Biotina.

d FAD.

e FMN.

19 En los nucleótidos, el enlace base nitrogenada-azúcar se realiza entre: a N1 de la pirimidina y C1′ del azúcar. b N1 de la pirimidina y C5′ del azúcar. c N9 de la purina y C5′ del azúcar. d N1 de la purina y C1′ del azúcar. e Nada de lo anterior es cierto.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

20 En los nucleósidos, cuando se trata de una base púrica, el enlace base-azúcar se realiza entre: a N1 de la base y C1′ del azúcar. b N1 de la base y C3′ del azúcar. c N9 de la base y C1′ del azúcar. d N9 de la base y C5′ del azúcar. e N1 de la base y C2′ del azúcar. 21 Los nucleótidos están formados por tres componentes: a Ribosa, ácido sulfúrico y una base púrica. b Una base no aromática, una hexosa y ácido fosfórico. c Adenina, D‑ribosa y timina. d Base nitrogenada, pentosa y ácido fosfórico. e Base nitrogenada, D‑glucosa y ácido fosfórico. 22 En los ácidos nucleicos: a La ribosa se une a las pirimidinas por la posición 9 de éstas. b Los fosfatos se unen a la ribosa por la posición 1′ de ésta. c La ribosa se une a las purinas por la posición 9 de éstas. d Los fosfatos se unen a la desoxirribosa por la posición 2′ de ésta. e Nada de lo anterior es cierto. 23 Las uniones fosfóricas en los ácidos nucleicos, se establecen entre los siguientes carbonos de las pentosas consecutivas: a 3′ y 5′.

b 3′ y 2′.

d 1′ y 2′.

e 5′ y 4′.

c 1′ y 5′.

24 Respecto a los ácidos nucleicos, ¿qué afirmación es cierta? a El ácido timidílico es un nucleósido. b La adenosina es un nucleótido. c El DNA es un nucleótido. d El RNA es un nucleósido. e El DNA y el RNA contienen las mismas bases púricas. 25 Respecto a los ácidos nucleicos, ¿qué afirmación es falsa? a La timina es el 5‑metil-uracilo. b La hipoxantina es la 6‑oxi-purina.

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c La adenina es la 6‑amino-purina. d La adenosina es un nucleótido. e El ácido adenílico es un nucleótido. 26 pApU representa un dinucleótido, en el que enlace fosfodiéster estará entre la posición: a 3′ del adenilato y 3′ del uridilato. b 3′ del adenilato y 5′ del uridilato. c 5′ del adenilato y 3′ del uridilato. d 3′ del adenilato y 1′ del uridilato. e Nada de lo anterior es cierto. 27 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones, con respecto a la representación esquemáticamente pApGpTpCpC, es falsa? a “p” representa el puente fosfórico. b Si “p” se encuentra a la derecha de la base indica la posición 3′. c Si “p” se halla a la izquierda de la base indica la posición 5′. d Si “p” se encuentra a la izquierda de la base indica la posición 3′. e El esquema representa un polinucleótido. 28 De la siguiente representación de una secuencia de un ácido nucleico: pGpUpApCpC, se puede deducir que: a El guanilato se une mediante un enlace fosfodiéster con el uridilato a través de la posición 5′ del primero y 3′ del segundo. b El guanilato posee un extremo libre en la posición 5′. c El guanilato posee un extremo fosfato libre en la posición 3′. d Hay un citidilato que posee un extremo fosfato libre en la posición 3′. e Todo lo anterior es cierto. 29 Respecto a la estructura del DNA, una de las siguientes proposiciones no es correcta: a La composición de bases del DNA varía de una especie a otra. b La composición de bases del DNA no varía con la edad ni con el estado de la nutrición. c El número de restos de A de una hebra es igual al de restos de T de la otra.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d El número de restos de G de una hebra es mayor que el de restos de C de la otra. e La composición de bases del DNA de una especie es igual en todos los tejidos. 30 Referente a la composición del DNA, ¿qué afirmación es falsa? a Purinas / Pirimidinas = 1.

b G / C = 1.

c A / T = 1.

d A se aparea con T.

e C se aparea con A. 31 Respecto al modelo helicoidal del DNA una de las siguientes afirmaciones es falsa: a Las dos cadenas son antiparalelas respecto a los enlaces 3′‑5′. b Los fosfatos sirven de puentes entre la base de un nucleótido y el azúcar del adyacente. c Las bases guanina y citosina están unidas por tres enlaces por puente de hidrógeno. d Las bases en las dos cadenas son complementarias. e Nada de lo anterior es cierto. 32 En relación con la estructura secundaria del DNA, ¿qué afirmación es falsa? a La molécula de DNA está formada por 2 cadenas de polinucleótidos formando una doble hélice dextrógira. b Las dos cadenas de la doble hélice son antiparalelas. c Por cada vuelta de hélice hay 16 pares de nucleótidos. d Los planos que contienen las bases son perpendiculares al eje de la hélice. e Una secuencia concreta de bases transporta una información genética precisa. 33 ¿Cuál de las siguientes proposiciones, respecto a la estructura helicoidal del DNA, es cierta? a La unión entre las dos cadenas se realiza a través de los enlaces de hidrógeno entre bases iguales. b Las dos cadenas son paralelas, pero una tiene ribosa y otra desoxirribosa. c Adenina y guanina siempre están apareadas por enlaces de hidró­ geno.

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d La estabilidad se debe a los enlaces covalentes entre las bases nitrogenadas enfrentadas. e Las bases adenina y timina están unidas por dos enlaces por puente de hidrógeno. 34 Respecto a las moléculas doble-hélice de DNA forma B, ¿qué afirmación es falsa? a Cada vuelta completa de la hélice supone una longitud de 34 Å. b La distancia entre bases adyacentes es de 3,4 Å. c La hélice da una vuelta completa cada 340 Å a lo largo de su eje longitudinal. d Las parejas opuestas de bases complementarias poseen una dimensión de 11 Å. e El diámetro de la doble hélice es aproximadamente 20 Å. 35 En relación con la molécula del DNA, ¿qué afirmación es ver­ dadera? a Hay tres tipos de moléculas de DNA: lineales, triangulares y circu­ lares. b Los plásmidos son pequeñas moléculas de DNA lineal. c El superenrollamiento es un mecanismo para regular la replicación. d Los DNAs circulares virales, de pequeño tamaño, cuando se aíslan aparecen superenrollados negativamente. e El DNA lineal en disolución se comporta como un ovillo estadístico de gran rigidez. 36 El modelo de Watson y Crick de la estructura de la molécula de DNA indica: a Una estructura de tres cadenas. b Las cadenas de DNA corren en direcciones opuestas. c Enlaces de apareamiento entre las bases adenina y guanina. d Enlaces covalentes entre las bases. e Nada de lo anterior es cierto. 37 En relación con la estructura de doble hélice del DNA, ¿qué afirmación es falsa? a La forma B del DNA se caracteriza por presentar dos tipos de surcos. b La forma A del DNA presenta 11 pares de bases por vuelta. c La forma Z del DNA presenta 10 pares de bases por vuelta de hélice.

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d La forma B del DNA es la de mayor interés biológico. e La forma A aparece en el DNA deshidratado y en los híbridos RNADNA, entre otras regiones. 38 ¿Qué par de bases es correcto en una hélice doble de DNA? a Adenina y timina.

b Uracilo y adenina.

c Citosina y adenina.

d Guanina y adenina.

e Uracilo y timina. 39 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones en relación con las nucleasas es falsa? a Las nucleasas son enzimas que degradan los ácidos nucleicos. b Según el sustrato que hidrolizan pueden ser inespecíficas o especí­ ficas. c Según la posición del enlace fosfodiéster hidrolizado originan 5′‑oligonucleótidos o 3′‑oligonucleótidos. d Según su modo de acción pueden ser ribonucleasas o desoxirribonucleasas. e Todas son ciertas. 40 En relación con las nucleasa, ¿qué afirmación es cierta? a Todas las RNasas son exonucleasas. b Todas las DNasas son endonucleasas. c Participan en procesos de reparación del DNA dañado. d Existen en microorganismos, pero no en seres superiores. e Sólo se conocen dos moléculas diferentes: RNasa y DNasa. 41 En relación con las nucleasas, ¿qué afirmación es falsa? a Participación en procesos de reconstitución genética, en que un segmento de DNA se sustituye por otro procedente de otra molécula. b Participan en mecanismos de autodefensa contra infecciones de agentes tales como virus. c Mediante estos enzimas puede hallarse la secuencia completa de nucleótidos de un determinado ácido nucleico. d La fosfodiesterasa de veneno de serpiente no hidroliza el enlace entre el P y el 3′‑OH, ya sea en el DNA o en el RNA. e La fosfodiesterasa de veneno de serpiente libera nucleósidos-5′monofosfato.

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Ácidos nucleicos

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42 En relación a la siguiente porción de un ácido ribonucleico: pGpApGpApGp, ¿qué afirmación es cierta? a La acción de la fosfatasa alcalina libera los dos residuos fosfatos terminales. b Las endonucleasas catalizan la hidrólisis paulatina de unidades de mononucleótidos a partir de uno de los extremos de la cadena. c La ribonucleasa pancreática puede catalizar su hidrólisis. d La fosfodiesterasa de veneno de serpiente liberará, entre otras, 5′,3′ guanosín-difosfato. e Todo lo anterior es falso. 43 La ribonucleasa T 2, se caracteriza por: a Es una exonucleasa. b Su posición de corte es a. c Hidroliza detrás de adenosinas. d Libera oligonucleótidos terminados en G3′p. e Hidroliza detrás de purinas. 44 En relación con los ácidos nucleicos, ¿qué afirmación es falsa? a En las moléculas de tRNA se puede encontrar la 5‑metil-citosina. b Hay varios tipos diferentes de rRNA, diferenciables por su peso mo­ lecular. c Las moléculas de DNA pueden representarse en forma lineal en doble hélice. d En los ribosomas 70S todo el rRNA está asociado a la fracción 50S y ninguno a la 30S. e La molécula de RNA posee una fuerte banda de absorción a 260 nm. 45 ¿Qué afirmación de las siguientes es falsa? a Los ácidos nucleicos que constituyen los virus son lo responsables de su actividad biológica. b Lo virus vegetales contienen RNA. c Se conocen virus DNA y RNA. d Se conocen bacteriófagos DNA y RNA. e Los virus animales sólo contienen DNA.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

46 En relación a los diferentes tipos de RNA que existen en las células, ¿qué afirmación es verdadera? a El más abundante es el RNA mensajero. b El menos abundante es el RNA ribosómico. c En las células eucarióticas existen pequeñas cantidades de RNA nuclear. d El RNA mensajero aparece como consecuencia de la expresión de regiones de RNA ribosómico que codifican proteínas. e Todas son falsas. 47 ¿Cuál de las siguientes proposiciones es cierta? a Los virus sólo poseen RNA. b Los virus sólo poseen DNA. c Los bacteriófagos sólo poseen RNA. d Los virus poseen DNA y RNA. e Los bacteriófagos sólo poseen DNA. 48 En cuanto a la composición de los ácidos nucleicos: a Ácido guanílico es un nucleósido. b Citosina es una base pirimidínica. c Adenosina es una base púrica. d Uracilo es un nucleótido. e Nada es correcto. 49 Hay nucleósidos inusuales en: a rRNA.

b mRNA.

d DNA.

e Fragmentos de Okazaki.

c tRNA.

50 El anticodón es: a Porción de la molécula de mRNA. b Porción de la molécula de rRNA. c Porción de la molécula de tRNA. d Se une a un aminoácido específico. e Un conjunto de cuatro bases nitrogenadas. 51 Un nucleósido es: a Una molécula de ribosa asociada a un grupo fosfato. b Una base púrica con un grupo fosfato.

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Ácidos nucleicos

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c El guanilato. d La unión sin fosforilar de una pentosa con una base débil. e La unión sin fosforilar de una pentosa con una base nitrogenada. 52 Los nucleótidos pueden desempeñar las siguientes funciones, a excepción de: a Unidades monoméricas de los ácidos nucleicos. b Mediadores fisiológicos. c Fuentes de energía química. d Componentes estructurales de las membranas. e Componentes estructurales de coenzimas. 53 En la estructura de doble hélice del DNA propuesta por Watson y Crick: a Las dos cadenas están orientadas en igual dirección. b Las bases púricas y pirimidínicas están ubicadas en el exterior de la hélice. c Los pares de bases Adenina-Timina se refuerzan por tres puentes de hidrógeno. d La doble hélice está estabilizada, entre otras fuerzas, por interacciones entre las bases apiladas de la misma hebra. e La unidades de fosfato se orientan hacia el interior hidrófobo. 54 En la mayoría de los casos, del DNA mitocondrial se puede afirmar: a Es una molécula circular. b Es una molécula abierta. c No existe. d Codifica todas las proteínas mitocondriales. e Es una hélice simple. 55 En relación con las propiedades físicas y químicas de los ácidos nucleicos ¿cuál de las siguientes afirmaciones es común al DNA y RNA? a Su constante de sedimentación está comprendida entre 3s y 30s. b Absorben en el ultravioleta a 260 nm. c La degradación de la molécula de RNA no produce un efecto hipercrómico.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d El DNA no precipita por adición de etanol en forma de fibras elás­ ticas. e No tienen ninguna en común. 56 Acerca de las moléculas de RNA puede afirmarse que: a Todo el RNA celular se sintetiza sobre un molde de DNA, y refleja una porción de la secuencia de bases del DNA. b El RNA nunca puede ser portador de información genética. c Los RNA de trasferencia son los portadores directos de la información genética desde el núcleo a los ribosomas. d Todo el RNA de la célula se encuentra en el interior del núcleo. e Los rRNA son los RNA de mayor tamaño. 57 Existen diferentes tipos de RNA, una de las siguientes proposiciones no es correcta, ¿cuál? a El RNA de transferencia (tRNA), es el molde para la síntesis de pro­ teínas. b El RNA mensajero (mRNA), traslada la información genética desde el DNA a los ribosomas. c El RNA ribosómico (rRNA), forma parte de los ribosomas asociado con proteína. d En las células procarióticas se distinguen tres tipos de (rRNA). e Los RNA ribosómico son ricos en guanina y citosina y tienen muy poca seudo-uridina. 58 En relación con los tipos de RNA ¿Qué afirmación es cierta? a Existen dos tipos mayoritarios de RNA. b La unión de los aminoácidos a los RNAt es específica y está catalizada por aminoacil-RNA t‑sintetasas. c El RNA mensajero transfiere la información genética desde el RNA ribosómico hasta el ribosoma. d El RNA ribosómico es el que aparece en menor proporción en la cé­ lula. e En las procariotas hay tres tipos de RNA y en las eucariotas cuatro. 59 En a b c

relación con las nucleasas: La DNasa II de E.coli es una exonucleasa de restricción. Las fosfodiesterasas sólo cortan DNA de hebra simple. La fosfodiesterasa de veneno de serpiente es un tipo de exonucleasa.

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Ácidos nucleicos

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d Las DNasas son exonucleasas. e Las RNasas son exonucleasas. 60 La naturaleza antiparalela de las dos hebras del DNA consiste en lo siguiente: a Las bases son complementarias. b El apareamiento de bases es A‑T y G‑C. c Las hebras de DNA se alinean en direcciones opuestas y con polaridades diferentes. d Si en una hebra Timina y Adenina están alineadas 5′ → 3′, en la otra Adenina y Guanina también lo estarán. e La dirección de una hebra se define uniendo la posición 5′ y 3′ dentro del mismo nucleótido.



Respuestas razonadas 

1 B La fórmula estructural de la timina es: O C HN (3) (4) (5)C   CH3 (6)

O   C (2) (1) C   H N H como puede verse es el 5‑metil-uracilo, también podríamos denominarla 5‑metil-2,4-dioxi pirimidina. 2 C La fórmula estructural de la guanina es: O HN H2N   C (2)

C

(6)

C N

C N N H

CH

como puede observarse corresponde a la 2‑amino,6-oxi-purina. 3 E Ninguno de los propuestos responde a la fórmula de 6‑amino-purina, que es la de la adenina.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

4 A El uracilo se encuentra en los ácidos ribonucleicos, no en los desoxirribonucleicos. 5 B Adenina, guanina y citosina forman parte tanto del DNA como del RNA. El uracilo se encuentra en el RNA y la timina en el DNA. 6 E Las bases púricas: adenina y guanina, forman parte tanto del DNA como del RNA, por lo tanto están en todos los ácidos nucleicos. 7 E La xantina no es un derivado de las pirimidinas, ya que es la 2,6-dioxi-purina, es, por lo tanto, un derivado de las purinas. 8 B La adenina es la 6‑amino-purina, su fórmula estructural es: NH2   C N N (6) C HC

C N N H

CH

9 E Tanto las bases púricas como las pirimidínicas pueden tener varias configuraciones tautoméricas. La tautomería puede ser: a) ceto-enólica. b) amino-imino. 10 B La D‑ribosa es el azúcar característico de los RNAs y la D‑2-desoxirribosa es la característica del DNA. 11 E Las osas que forman parte de los ácidos nucleicos son pentosas, estables en su forma furanósica. La D‑ribosa presente en los RNAs y la D‑2-desoxirribosa en el DNA. 12 C La D‑2-desoxirribosa es el azúcar que forma parte del DNA, se encuentra en forma furanosa y se une por su C1′ a las bases nitrogenadas. Ejemplo: HOH2C

5′

G

O

4′

H H 3′

OH

1′

HH 2′

H

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Ácidos nucleicos

203

13 C La adenosina es un nucleósido, formado por D‑ribosa y adenina, unidas por enlace β‑N-glucosídico entre C1′ del azúcar y N9 de la base. 14 A El ácido citidílico es un nucleótido, formado por el nucleósido citidina y una molécula de ácido fosfórico, que esterifica el C5′ del azúcar. 15 C Aproximadamente el 10% de los nucleótidos de los tRNAs tienen bases poco comunes como: inosina, 1‑metil-inosina, 1‑metil-guanina, seudo-uridina, ribotimidina y dihidrouridina. 16 D La uridina es un nucleósido formado por uracilo y D‑ribosa unidos por enlace β‑N-glucosídico entre C1′ y N1; forma parte de los RNAs. 17 B El ácido desoxitimidílico está formado por el nucleósido desoxitimidina y ácido fosfórico esterificando el C5′ del azúcar. La desoxitimidina, a su vez, está formada por timina y D‑2-desoxirribosa, unidas por enlace β‑Nglucosídico entre C1′ y N1. 18 C La biotina no posee una porción nucleotídica, ya que es la vitamina H, cuya estructura es: O HN

C

CH

HC H 2C

NH

S

CH

(CH2)4   COOH

19 A Los nucleótidos están formados por un nucleósido esterificado en C5′ por ácido fosfórico; cuando el nucleósido lo constituye una base pirimidínica, el enlace β‑N-glucosídico entre ésta y el azúcar se establece entre el N1 de la base y el C1′ del azúcar. 20 C Cuando un nucleósido presenta una base púrica, el enlace β‑Nglucosídico se establece entre el N9 de la base púrica y el C1′ del azúcar. 21 D Los nucleótidos están formados por la unión de un nucleósido y una molécula de ácido fosfórico, luego los componentes son: base nitrogenada, pentosa y ácido fosfórico.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

22 C En los ácidos nucleicos, concretamente en los RNAs, la unión entre la D‑ribosa y las purinas se establece entre el C1′ del azúcar y el N9 de la purina. 23 A El enlace puente difósforo se realiza entre el C3′ de un nucleótido y el C5′ del siguiente; es un enlace 3′‑5′. 24 E Las bases púricas: adenina y guanina, se encuentran en todos los ácidos nucleicos, tanto en los RNAs como en el DNA. 25 D La adenosina no es un nucleótido, es un nucleósido, formado por adenina y ribosa. 26 B En el dinucleótido pApU, el puente fosfodiéster estará entre la posición 3′ del adenilato y la 5′ de uridilato. 27 D En la representación esquemática pApGpTpCpC, “p” representa el puente fosfórico, si “p” aparece a la izquierda de la base indica posición 5′, si “p” se halla a la derecha de la base indica posición 3′. Se puede representar este polinucleótido como sigue:

28 B El polinucleótido pGpUpApCpC, en la posición 5′ de la guanosina lleva un grupo fosfato libre, es decir, el guanilato posee un extremo libre en la posición 5′. 29 D El número de restos de guanina de una hebra de DNA es igual al número de restos de citosina de la otra hebra, por lo tanto la proposición d es falsa. 30 E Según el modelo de Watson y Crick y siguiendo la ley de equivalencia de bases, la guanina estará unida a la citosina y la adenina a la timina. 31 B Las bases de una de las hebras de DNA estarán unidas por puentes de hidrógeno a las bases de la otra hebra, según la ley de equivalencia de ba-

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Ácidos nucleicos

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ses. Sólo existen enlaces covalentes fosfodiéster entre las porciones de azúcar de cada una de las hebras. 32 C El diámetro de la hélice es de 20 Å. La separación entre nucleótidos adyacentes a lo largo del eje de la hélice es de 3,4 Å, y el paso de hélice es de 34 Å, por lo que hay 10 pares de nucleótidos por vuelta de hélice. 33 E Según la ley de equivalencia de Chargaff, adenina se aparea con timina, mediante dos puentes de hidrógeno, y guanina con citosina mediante tres enlaces por puente de hidrógeno:   A     T              G     C     34 C El estudio de la estructura de la molécula de DNA forma B por difracción de rayos X, demuestra que la hélice da una vuelta completa cada 34 Å a lo largo de su eje, o lo que es lo mismo, cada vuelta completa a la hélice supone una longitud de 34 Å. 35 E El DNA lineal en disolución se comporta como un ovillo estadístico de gran rigidez, debido al impedimento estérico que originan las interacciones intramoleculares que estabilizan la doble hélice. 36 B El modelo de Watson y Crick predice una hélice de doble banda unidas por puentes de hidrógeno entre las bases A   T y G   C, que se localizan en el interior de la espiral. Las cadenas corren en dirección antiparalela u opuesta con respecto a los enlaces 3′‑5′. 37 C La forma Z es una hélice doble, con las cadenas antiparalelas, esta hélice es levógira. Presenta 12 pares de bases por vuelta de hélice, con un paso de hélice de unos 43 Å. 38 A Como hemos indicado anteriormente, según la ley de equivalencia de bases, la adenina de una hebra de DNA se aparea con la timina de la otra, y la guanina con la citosina. 39 D Las nucleasas según su modo de acción, pueden ser: a) Exonucleasas, hidrolizan por un extremo de la molécula. b) Endonucleasas, hidrolizan la molécula por el centro. 40 C Las nucleasas participan en los procesos de reparación del DNA dañado. El DNA lesionado puede ser reparado por una ruta general de escisión-re-

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

paración en lo que participan diversos enzimas: a) una endonucleasa que libera el oligonucleótido lesionado; b) una DNA polimerasa que rellena el hueco con los nucleótidos complementarios; y c) una DNA ligasa que sella la muesca. 41 D La fosfodiesterasa de veneno de serpiente es una exonucleasa que corta en posición a, hidroliza tanto RNA como DNA, necesita un extremo 3′‑OH libre y la dirección de hidrólisis es 3′ → 5′, liberando nucleósidos-5′P. 42 A La fosfatasa alcalina es un enzima que hidroliza los grupos fosfato en posición 5′ o en 3′, no es una nucleasa pero su acción es necesaria muchas veces para que puedan actuar las exonucleasas que necesitan extremos 3′‑OH ó 5′‑OH libres. 43 C La ribonucleasa T2 es una endorribonucleasa que hidroliza el RNA, cortando en posición b detrás de adenosinas, liberando oligonucleótidos terminados en A3′p. 44 D Los ribosomas 70S están formados por dos subunidades: 50S y 30S. La 50S está compuesta por rRNA 5S, rRNA 23S y 34 polipéptidos; y la subunidad 30S está compuesta por rRNA 16S y 21 polipéptidos. 45 E Dentro de los virus animales hay algunos que poseen DNA como material genético y otros que presentan RNA. Entre los primeros están: SV40, polioma de ratón, herpes simplex (humano) y adenovirus (humano); entre los virus que presentan RNA como material genético están: Sarcoma de Rous, poliomielitis, influenza y reovirus. 46 C En las células eucarióticas existen pequeñas cantidades de RNA nuclear pequeño, con diferentes funciones de control, como el empalme y acabado de fragmentos de RNA, en el proceso de maduración. 47 D Como se ha mencionado anteriormente, hay virus que tienen DNA y otros que tienen RNA como material genético. Hay también bacteriófagos DNA y RNA, ejemplo de los primeros es ØX174, λ y T2; ejemplo de los RNA son MS2, QB y R17. 48 B La Citosina es una base pirimidínica, al igual que timina y uracilo, mientras que adenosina es un nucleótido y el ácido guanílico un nucleósido. 49 C En las moléculas de RNA de transferencia se encuentran nucleósidos poco habituales como dihidrouridina (UH2), ribotimidina o seudouridina.

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Ácidos nucleicos

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50 C El anticodón es una parte de la molécula de tRNA, es una secuencia de tres nucleótidos cuyas bases reconoce el codón del mRNA, con el que aparea de forma antiparalela. Algunos anticodones del tRNA contienen inosinato (I), nucleótido que contiene hipoxantina como base. Esta inosinato puede formar puentes de hidrógeno con tres nucleótidos diferentes (U, C y A). 51 E Un nucleósido está formado por la unión de una pentosa y una base nitrogenada. En el DNA la pentosa es 2‑desoxirribosa, y en el RNA es ribosa. Las bases nitrogenadas pueden ser púricas, y el enlace β‑N-glucosídico se establece entre su N1 y el C1′ del azúcar; o pirimidínicas, en cuyo caso el enlace β‑N-glucosídico es entre su N9 y el C1′ de la pentosa. 52 D No existen nucleótidos como elementos estructurales de las membranas biológica, ya que son los lípidos y las proteínas los que las constituyen. Los nucleótidos forman parte de los ácidos nucleicos, son nucleósidos 5′‑monofosfato, como el AMP o el CMP. Asimismo, pueden actuar como segundos mensajeros en la célula, tal es el caso del cAMP, o bien son fuentes de energía química en la célula, como el ATP. También los nucleótidos forman parte estructural de diversos coenzimas, un ejemplo es la presencia de adenosina en el Coenzima A, NAD+ y FAD. 53 D La doble hélice o dúplex de DNA se mantiene unida por dos tipos de fuerzas: enlaces de hidrógeno entre pares de bases complementarias (A:T y G:C) e interacciones por apilamiento de bases, ya que las bases púricas y pirimidínicas de ambas cadenas están apiladas en el interior de la doble hélice, con sus estructuras en anillo hidrofóbicas y prácticamente planas situadas a muy corta distancia unas de otra y en posición perpendicular con relación al eje longitudinal de la hélice. Por su parte, los esqueletos hidrofílicos formados por unidades alternas de desoxirribosas y grupos fosfato cargados negativamente se hallan en el exterior de la doble hélice, en contacto con el agua circundante. 54 A Las células eucarióticas poseen DNA no sólo en el núcleo, sino también en el interior de las mitocondrias (y de los cloroplastos en las células vegetales). El DNA mitocondrial se presenta como un dúplex circular, y es una molécula relativamente pequeña y simple, que en el caso de las células animales tiene solo entre 16.000 y 19.000 pb. Este genoma mitocondrial codifica un número muy pequeño de proteínas, de hecho muchas de las proteínas mitocondriales son sintetizadas por el DNA nuclear. 55 B Tanto los DNA como los RNAs absorben en el ultravioleta a 260 nm, debido a la presencia de bases nitrogenadas. La degradación de la molécula produce un efecto hipercrómico.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

56 A Todas las moléculas de RNA, con excepción de los genomas RNA de ciertos virus, se forman a partir de información contenida permanentemente en el DNA, mediante un proceso denominado transcripción, por el cual un sistema enzimático convierte la información genética de un segmento de DNA en una cadena de RNA con una secuencia de bases complementaria a una de las cadenas de DNA. Esto es válido para las distintas clases de RNA, el RNA mensajero que es el que transfiere la información genética desde el núcleo a los ribosomas para la síntesis de proteínas; el RNA ribosómico, que constituye los ribosomas, los cuales se localizan en el citoplasma celular; y el RNA de transferencia, que actúa de adaptador en la síntesis proteica, ya que presenta un centro de unión del aminoácido y un centro de reconocimiento del codón. 57 A El RNA de transferencia (tRNA), es el adaptador en la síntesis de proteínas, contiene un centro de unión de aminoácido y un centro de reconocimiento del molde o anticodón. 58 B La unión de los aminoácidos a los respectivos RNA t es específica y está dirigida por enzimas aminoacil-RNAt-sintetasas, lo que establece una relación unívoca entre un triplete codificante del RNAm (codón) y un aminoácido concreto por la relación existente entre dicho triplete y el anticodón del RNAt. 59 C La fosfodiesterasa de veneno de serpiente es una exonucleasa que hidroliza RNA y DNA monocatenario en la dirección 3′ → 5′ comenzando por un 3′‑OH libre, y su posición de corte es tipo a, es decir hidroliza el enlace entre el fosfato y el 3′‑OH, originando 5′‑oligonucleóticos. Por otra parte, tanto entre las RNasas como entre las DNasas hay enzimas con acción exonucleásica y endonucleásica. Así mimo, la Dnasa II de E. coli es la actividad exonucleásica asociada con la DNA polimerasa I; corta el nucleósido mono-fosfato que no aparea con la otra hebra de DNA. 60 D Cada una de las cadenas que forman la doble hélice del DNA tiene polaridad, ya que el azúcar del nucleótido terminal de uno de los extremos tiene un grupo fosfato unido en posición 5′, y en el otro extremo de la cadena el azúcar del nucleótido tiene un grupo OH libre en posición 3′, con lo cual la secuencia de nucleótidos se escribe en dirección 5′ → 3′. En el dúplex de DNA las dos cadenas están orientadas con polaridad opuesta, los enlaces fosfodiéster de las dos hebras enlazadas avanzan en dirección opuesta, es decir, las dos cadenas son antiparalelas.

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 Bloque temático 5 

Glúcidos Concepto y clasificación  Los carbohidratos se pueden definir químicamente como derivados aldehídos o cetónicos de alcoholes superiores polivalentes (con más de un grupo OH) o como compuestos que por hidrólisis dan estos derivados. Están los carbohidratos ampliamente distribuidos tanto en los tejidos vegetales, donde se producen mediante la fotosíntesis, como en los tejidos animales. Algunos carbohidratos desempeñan funciones altamente específicas, como la ribosa de los ácidos nucleicos en las células, la galactosa en ciertos lípidos y la manosa de las glicoproteínas. Este grupo de sustancias de gran interés biológico pueden clasificarse en: • Monosacáridos. • Derivados de Monosacáridos. • Oligosacáridos. • Polisacáridos (homo o heteropolisacáridos). • Mucopolisacáridos (o glucosaminoglicanos). Los monosacáridos que tienen pesos moleculares bajos, no pueden hidrolizarse a moléculas más sencillas. Pueden subdividirse atendiendo al número de átomos de carbono que forman su molécula en: triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas u octosas y éstas a su vez en aldosas o cetosas según contengan el grupo aldehídico o cetónico respectivamente y cuya fórmula empírica es (CHOH)n, donde n varía de 3 a 9. Los derivados de monosacáridos contienen además de los grupos carbonilo o e hidroxilo, otros grupos funcionales distintos, tales como grupos carboxilo o amino, o resultan de sustituir alguno de los grupos hidroxilo por hidrógeno (desoximonosacáridos). Los monosacáridos se combinan mediante enlaces glicósidos para dar compuestos de mayor tamaño molecular: oligosacáridos, los que atendiendo al

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

número de restos de monosacáridos enlazados mediante el enlace glucosídico, pueden a su vez clasificarse en disacáridos, trisacáridos, tetrasacáridos, etc. La distinción entre oligo y polisacáridos es más bien arbitraria sólo atendiendo al número de residuos de monosacáridos que los forman, ya que las propiedades de los oligosacáridos mayores se confunden con las de los miembros menores de la clase de polisacáridos, pero los compuestos que contienen de 2 a 10 restos de monosacáridos se denominan generalmente oligosacáridos y los que contienen más de 10, polisacáridos. Los mucopolisacáridos, hoy se conocen sistemáticamente como glucosaminoglicanos y están constituidos por cadenas complejas de carbohidratos que se caracterizan por su contenido en aminoazúcares y en ácidos urónicos. Los monosacáridos según contengan una función aldehído se denominan “aldosas” y los que tengan un grupo cetónico, “cetosas”; los más sencillos para los que n = 3, son el gliceraldehído y la dihidroxiacetona; ambos son triosas.     CHO    HCOH        CH2OH D-gliceraldehído

     CHO       HOCH            CH2OH L-gliceraldehído

CH2OH C   O CH2OH Dihidroxiacetona

Enantiómeros  Una característica importante de la estructura de los monosacáridos es la que puede apreciarse mediante el examen algo más detenido de la fórmula del gliceraldehído. El segundo átomo de carbono es un carbono quiral, como el carbono α de la mayoría de los α‑aminoácidos. Tiene cuatro sustituyentes diferentes. En consecuencia, el gliceraldehído tiene dos esteroisómeros del tipo denominado enantiómeros, que son imágenes especulares, no superponibles, uno del otro. El gliceraldehído, con un solo carbono asimétrico, es una aldotriosa y existe bajo la forma de dos esteroisómeros: D‑gliceraldehído y L‑gliceraldehído según que el OH del carbono asimétrico esté situado a la derecha o a la izquierda en la representación en el plano según Fisher; y la dihidroxiacetona es una tetrosa a la que no se le puede atribuir más que una fórmula en el plano por no poseer ningún átomo de carbono simétrico. Las aldosas con tres o más átomos de carbono y las cetosas con 4 ó más átomos de carbono, contienen centros asimétricos formados por átomos de carbono con cuatro sustituyentes distintos. Por tanto, la nomenclatura para los monosacáridos se basa en la configuración de cada centro de asimetría en las moléculas.

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Glúcidos

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Las figuras 5.1 y 5.2 muestran la estructura lineal de las fórmulas para las D‑aldosas y las D‑cetosas y da el nombre simple aceptado generalmente para cada compuesto. Hay que tener en cuenta que en estas estructuras o proyecciones de Fisher, el uso de D ó L se basa en las diferentes configuraciones entre monosacáridos y no sobre propiedades de rotación óptica. Convencionalmente la designación D y L para cualquier monosacárido se refiere al centro de asimetría más alejado del grupo terminal aldehídico de la molécula que para las hexosas, por ejemplo, es el carbono 5. A los dos gliceraldehídos se les asignó inicialmente configuraciones arbitrarias (las enumeradas arriba) y todos los azúcares que tienen esta configuración se dice que pertenecen a las series de la configuración D ó L. Por tanto las estructuras

CHO | HCOH | CH2OH D-gliceraldehído

CHO | HCOH | HCOH | CH2OH

CHO | HOCH | OHCOH | CH2OH

D-eritrosa

D-treosa

CHO | HCOH | HCOH | HCOH | CH2OH

CHO | HOCH | OHCOH | OHCOH | CH2OH

D-ribosa

D-arabinosa

CHO | HCOH | HCOH | HCOH | HCOH | CH2OH

CHO | HOCH | OHCOH | OHCOH | OHCOH | CH2OH

D-alosa

D-altosa

CHO | OHCOH | HOCH | OHCOH | OHCOH | CH2OH D-glucosa

CHO | OHCOH | HOCH | OHCOH | CH2OH D-xilosa

CHO | HOCH | HOCH | OHCOH | OHCOH | CH2OH

CHO | OHCOH | OHCOH | HOCH | OHCOH | CH2OH

CHO | HOCH | OHCOH | HOCH | OHCOH | CH2OH

D-manosa

D-gulosa

D-idosa

CHO | HOCH | HOCH | OHCOH | CH2OH D-lixosa

CHO | OHCOH | HOCH | HOCH | OHCOH | CH2OH

CHO | HOCH | HOCH | HOCH | OHCOH | CH2OH

D-galactosa

FIGURA 5.1. Relación de las D-aldosas.

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D-talosa

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

CH2OH | C=O | CH2OH Dihidroxiacetona

CH2OH | C=O | HCOH | CH2OH D-eritrulosa

CH2OH | C=O | HO CH | OH COH | CH2OH

CH2OH | C=O | HCOH | HCOH | CH2OH D-ribulosa

CH2OH | C=O | HCOH | HCOH | HCOH | CH2OH D-sicosa

CH2OH | C=O | HCOH | HCOH | HCOH | HCOH | CH2OH D-alo heptulosa

D-xilulosa

CH2OH | C=O | HOCH | OHCOH | OHCOH | CH2OH D-fructosa

CH2OH | C=O | H COH | HOCH | OHCOH | CH2OH D-sorbosa

CH2OH | C=O | HOCH | HOCH | OHCOH | CH2OH D-tagatosa

CH2OH | C=O | HOCH | OHCH | OHCH | OHCH | CH2OH

CH2OH | C=O | OHCOH | HOCH | OHCOH | OHCOH | CH2OH

CH2OH | C=O | HOCH | HOCH | OHCOH | OHCOH | CH2OH

CH2OH | C=O | OHCOH | OHCOH | HOCH | OHCOH | CH2OH

CH2OH | C=O | HOCH | OHCOH | HOCH | OHCOH | CH2OH

CH2OH | C=O | OHCOH | HOCH | HOCH | OHCOH | CH2OH

D-altro heptulosa

D-gluco heptulosa

D-mano heptulosa

D-gulo heptulosa

D-ido heptulosa

D-galacto heptulosa

FIGURA 5.2. Relación de las D-cetosas.

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CH2OH | C=O | HOCH | HOCH | HOCH | OHCOH | CH2OH D-talo heptulosa

Glúcidos

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para las terosas, pentosas y hexosas que se muestran en la figura 5.1 pueden construirse a partir del D‑gliceraldehído por adición de un átomo de carbono en cualquiera de las dos configuraciones, como se indica por la flechas.

Isomerías  Los compuestos que tienen la misma fórmula estructural, pero que difieren en la configuración espacial, se conocen como “esteroisómeros”. La presencia de átomos de carbono asimétricos permite la formación de isómeros. El número de isómeros posibles de un compuesto depende del número de átomos de carbono asimétricos (n) y es igual a 2n. La glucosa con cuatro átomos de carbono asimétricos tienen por tanto 16 isómeros. Los tipos más importantes de isomería son los siguientes: 1. D y L; la designación de un isómero como D o de su imagen en el espejo como la forma L está determinada por su relación espacial con el compuesto precursor estructuralmente, de la familia de carbohidratos, el azúcar de 3 carbonos: gliceraldehído. La orientación de los grupos H y OH alrededor del átomo de carbono inmediatamente adyacente al carbono con el alcohol primario terminal (por ejemplo el átomo de carbono 5 en la glucosa) determina si el azúcar pertenece a la serie D ó L. Cuando el grupo OH en este carbono está a la derecha, el azúcar es un miembro de la serie D; cuando está a la izquierda, pertenece a la serie L. La mayor parte de los monosacáridos que participan en el metabolismo de los mamíferos son de la configuración D. La presencia de átomos de carbonos asimétricos también confiere “actividad óptica” a los compuestos. Cuando un rayo de luz polarizada es un plano se hace pasar a través de la disolución de un isómero óptico, el plano de polarización girará en el sentido de las manecillas del reloj si el isómero es dextrorrotatorio (+) o en el sentido opuesto si es levorrotatorio (‑). Un compuesto puede ser designado D(‑), D(+), L(‑) ó L(+), indicando su relación estructural con el gliceraldehído D ó L, pero no necesariamente exhibiendo la misma rotación óptica. La forma de la fructosa más frecuente en la naturaleza es el isómero D(‑), y sirve como ejemplo. Cuando existen cantidades iguales de isómeros dextrorrotatorios y levorrotatorios, la mezcla resultante no tiene actividad óptica puesto que la actividad del isómero se anula entre sí. Tal mezcla se denomina como “racémica” o mezcla DL. Los compuestos producidos por síntesis son necesariamente racémicos, ya que las oportunidades para la formación de cada isómero son idénticas. 2. Estructuras cíclicas piranosa y furanosa; en base a las estructuras cíclicas que se saben existen en los glicósidos. Haworth propuso estructuras semejan-

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tes para los azúcares. La terminología se basó en el hecho de que las estructuras cíclicas estables de los monosacáridos son similares a las del pirano y del furano. También las cetosas pueden mostrar la forma cíclica (por ejemplo, D‑fructofuranosa o D‑fructopiranosa) (figura 5.3), en el caso de la glucosa en solución más de un 99% está en forma piranosa.

FIGURA 5.3. Representación según Haworth de las estructuras cíclicas de la fructosa.

Aún teniendo en cuenta que los distintos vértices de las formas cíclicas de un glúcido no están en un mismo plano y que su posición en el espacio puede adoptar formas diferentes, Haworth representó las estructuras cíclicas, furanosas y piranosas, como si los anillos fuesen planos y en dicha representaciones se respeta la posición química de todos los átomos y grupos atómicos. A tal fin conviene tener en cuenta las siguientes reglas: a) La posición d de los OH corresponde a aquel lado del plano desde el cual el movimiento de C1-C2-C3-C4, etc., se ve en sentido antihorario. b) El grupo R (CH2OH) ocupa después del giro la posición opuesta a la que ocupa el OH antes del giro. c) La posición del OH en C1 en las formas alfa (ver más adelante), es la misma que corresponde al carbono característico antes del cierre de la molécula; se denomina carbono característico a aquel que configura la disposición D ó L en la molécula. 3. α y β anómeros. La estructura cíclica de una aldosa es un hemiacetal, puesto que está formada por la combinación de un aldehído y un grupo alcohol. De forma semejante la estructura cíclica de una cetosa es también un hemiacetal. La glucosa cristalina es α‑D-glucopiranosa. La estructura cíclica se conserva en disolución, pero el isomerismo tiene lugar alrededor de la posición 1, el grupo carbonilo o átomo de carbono anomérico, produciendo una mezcla de α‑glucopiranosa (36%) y β‑glucopiranosa (63%), el restante 1% está representado principalmente por isómeros α y β glucofuranosa. Este equilibrio se acompaña de rotación óptica: mutarrotación, cuando el anillo hemiacetálico se abre y reforma con cambio de la posición de los grupos H y OH del carbono 1. El cambio se realiza probablemente vía una molécula hidratada, acíclica,

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Glúcidos

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de cadena recta, aunque la polarografía ha mostrado que la glucosa existe en forma acíclica sólo en una proporción de un 0.0025%. 4. Epímeros. Los isómeros que difieren como consecuencia de variaciones en la configuración de los OH y H unidos a los átomos de carbono 2, 3 y 4 de la glucosa se conocen como epímeros. Biológicamente los epímeros más importantes de la glucosa son la manosa y la galactosa, formadas por epimerización en los carbonos 2 y 4 respectivamente (figura 5.4).         CHO        HOCH        HOCH            HCOH          HCOH                CH2OH D-manosa  

       CHO            HCOH        HOCH            HCOH            HCOH               CH2OH    D-glucosa   

       CHO            HCOH        HOCH        HOCH          HCOH               CH2OH    D-galastosa

FIGURA 5.4. Epímeros (o isómeros ópticos) de la glucosa.

5. Isomerismo aldosa-cetosa. La fructosa tiene la misma fórmula molecular que la glucosa, pero difiere en su formula estructral puesto que tiene un grupo “cero” potencial en su posición 2, en tanto que esta última tiene un grupo “aldehído” potencial en la posición 1. Las proyecciones de Fisher y Haworth no son solamente convenientes para representarlas, sino que también proporcionan un medio razonable para considerar la química de las aldosas y cetosas. Estas fallan, no obstante, en la representación cuidadosa de las distancias y ángulos de entre los átomos de los anillos y entre los sustituyentes sobre cada carbono, es decir, no indican la conformación o estructura tridimensional de los monosacáridos. El análisis estructural de las hexosas revela que tienen conformaciones semejantes a la del ciclohexano. Aunque los seis átomos de carbono del benceno se encuentran en un plano, las distancias normales de los enlaces y los ángulos de los mismos en el ciclohexano, impide una organización plana estable de sus seis átomos de carbono; por tanto tiene dos formas conformacionales diferentes, llamadas formas en “silla” y en “bañera”, en las que los ángulos de sus valencias de enlace están completamente relajadas. En ambas formas del ciclohexano, en cada átomo de carbono, un hidrógeno está arriba o dirigido hacia arriba y el otro está abajo o dirigido hacia abajo. Los 6 hidrógenos que están arriba se denominan beta-hidrógenos, y se representan por líneas continuas; los que están abajo son alfa-hidrógenos y se representan por líneas discontinuas. Los 12 átomos de hidrógeno del ciclohexano también pertenecen a dos clases, aquellos con enlaces C   H paralelos al

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eje de simetría del anillo son “axiales” y los paralelos al lado no adyacente del anillo son “ecuatoriales”. Es lógico que las formas “bote” y “silla” tengan propiedades diferentes debido a las diferencias de las posibles interacciones entre varios grupos de la molécula. En la forma “bote”, los sustituyentes axiales y ecuatoriales sobre el anillo están tan estrechamente juntos como les es posible y hay una interacción máxima entre ellos. Por el contrario los sustituyentes del anillo en la forma “silla”, se sitúan en el espacio de forma que entre ellos se efectúen las mínimas interacciones. Por tanto, con esta única base es como si la forma “silla” tuviera que ser más estable que la forma “bote” y desde luego la diferencia de energía entre las dos formas es de unos 20 a 25 kj / mol. La forma “silla” es bastante rígida, pero la forma “bote” existe en diferentes formas conformacionales y es muy flexible. El método de representación conformacional es mucho mejor que el de proyección geométrica, pues revela propiedades de la molécula que hasta el momento no se pueden obtener con otras representaciones de la estructura. En términos generales se puede establecer que un sustituyente, especialmente si es de elevado tamaño molecular, está en un estado de energía más bajo en la localización ecuatorial que en la axial. Como era de esperar los grupos hidroxilo ecuatoriales se esterifican más fácilmente que los hidroxilos axiales. La presencia de un átomo de oxígeno en las piranosas no alarga marcadamente el anillo, existiendo los monosacáridos también en forma de silla y de bote. La construcción del modelo muestra que hay ocho conformaciones diferentes para las alfa y las beta-D-glucopiranosas, pero sólo dos formas son de silla. Una de las dos formas posibles en silla tiene los sustituyentes sobre los átomos de carbono del 2 al 5 en la orientación ecuatorial y se designa como la conformación normal. La obra forma en silla es una conformación alternada en la que los grupos hidroxilo sobre los átomos de carbono del 2 al 5 están en la orientación axial. La conformación alternada de la glucosa es mucho menos estable que la forma normal, puesto que la acumulación de los sustituyentes polares orientados axialmente sobre el mismo lado del anillo le da mucha menos estabilidad.

Derivados de monosacáridos  Muchos derivados de monosacáridos son elementos constituyentes de los seres vivos, así por ejemplo: Glicósidos: Son compuestos formados por la condensación entre un monosacárido o un residuo de monosacárido y el grupo hidroxilo de un segundo compuesto que puede ser o no otro monosacárido. El enlace glicosídico es un enlace “acetal” debido a que resulta de una reacción entre un grupo hemiacetal (formado de un grupo aldehído y un grupo OH) y otro grupo OH. Si la

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porción hemiacetálica es la glucosa, el compuesto resultante es un glucósido, si es la galactosa, un galactósido, etc. Un ejemplo sencillo es el metilglucósido formado cuando se trata una solución de glucosa en alcohol metílico hirviente con ClH al 0,5% como catalizador. La reacción tiene lugar con la formación de α y β‑glucósidos anoméricos (figura 5.5).

H   C   OCH3                    HCOH                HOCH O                    HCOH            H   C                 CH2OH

CH3OH H+

H   C   OH                    HCOH                HOCH O                    HCOH            H   C                 CH2OH

     CHO                    HCOH                HOCH                    HCOH            H   C   OH                 CH2OH

HO   C   H            HCOH               HOCH O            HCOH             H   C                 CH2OH

H3CO   C   H                           CHOH CH                 OH           CHOH O H                           CHOH                       H   C                           CH2OH 3

+

FIGURA 5.5. Formación de los metil-glucósicos (α y β) correspondientes al azúcar glucosa.

Ácidos azúcares: Los compuestos más comunes de este grupo están formados por oxidación de aldosas a ácidos carboxílicos, bien en el carbono aldehídico en 1, en el carbono hidroximetílico en 6 ó en ambos. Estos ácidos tienen nombre genéricos de ácidos aldónicos, ácidos urónicos y ácidos aldáricos respectivamente:      COOH      CHO      COOH             (CHOH)n (CHOH)n (CHOH)n                  CH2OH      COOH      COOH ácidos ácidos ácidos aldónicos urónicos aldáricos La oxidación de la glucosa da los siguientes ácidos: COOH   H   C   OH   OH   C   H   H   C   OH   H   C   OH   CH2OH Ácido D-glucónico

CHO   H   C   OH   HO   C   H   H   C   OH   H   C   OH   COOH Ácido D-glucurónico

COOH   OH   C   OH   OH   C   H   OH   C   OH   OH   C   OH   COOH Ácido D-glucárico

Estos compuestos son fuertemente ácidos y sus sales son solubles en agua y producen soluciones neutras.

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Como otros γ‑ y δ‑hidroxiácidos, estos ácidos tienden a formar ésteres internos o lactonas, dando lugar a anillos de cinco o más raramente seis miembros. La δ‑gluconolactona se forma por oxidación aeróbica catalizada por el enzima “glucosa-oxidasa”. HOCH            HCOH        O HOCH        + O2       HCOH            HC                CH2OH    b-D-Glucosa

        C   O            HCOH        HOCH O            HCOH            HC                  CH2OH d-Gluconolactona

La glucosa oxidasa presenta marcada especificidad por la β‑D-glucosa y se le ha usado para la determinación cuantitativa de la glucosa, puesto que el peróxido de hidrógeno que se genera estequiométricamente puede medirse cuantitativamente. Un ácido de azúcar de gran importancia biológica, ampliamente distribuido en el reino vegetal y animal es la vitamina C, ácido ascórbico (2‑ceto-L-gulonolactona). Desoxiazúcares: Son aquellos derivados de monosacáridos en los cuales un grupo hidroxilo unido a la estructura cíclica ha sido reemplazado por un átomo de hidrógeno. Son producidos por las hidrólisis de ciertas sustancias, de gran importancia en las funciones biológicas; un ejemplo de ellos es la desoxirribosa (figura 5.6) que forma parte de los ácidos desoxirribonucleicos (DNA). También se encuentra la L‑fucosa como carbohidrato de las glicoproteínas y la 2‑desoxiglucosa que es un importante inhibidor del metabolismo de la glucosa.

CHO   H   C   H      HCOH      HCOH   CH2OH FIGURA 5.6. 2-desoxirribosa.

Aminoazúcares: En estos compuestos, un grupo hidroxilo sobre uno de los átomos de carbono del anillo piranosa se reemplaza por un grupo amino. Ejemplos de ellos son la D‑glucosamina, la D‑galactosamina y la D‑manosamina, todas las cuales están ampliamente distribuidas en plantas y animales, encontrándose generalmente como N‑acetilderivados. La N‑acetilglucosamina (figura 5.7) es el producto de la hidrólisis de la quitina, el polisacárido más abundante en el exoesqueleto de los insectos y crustáceos y se encuentra en varios polisacáridos y algunas proteínas de mamíferos; la N‑acetilgalactosami-

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na se encuentra en el polisacárido característico del cartílago, el sulfato de condroitina y en algunos glicoesfingolípidos. Los ácidos siálicos son un importante grupo de derivados del ácido neuramínico (importante cetosa con 9 átomos de carbono) en los que el N del grupo amino está acetilado (ácido N‑acetil-D-neuramínico) (figura 5.8). Están ampliamente distribuidos en tejidos animales, como constituyentes de lípidos, polisacáridos, glucoproteínas y mucoproteínas.   H2OC  C   OH   CH2   O       H  C   OH                   CH3   C   NH   C  C   H    O  C   H   H  C   OH   H  C   OH    CH2   OH

CH2OH O H H OH HO

OH

H

H

H     N   H           O   C               CH3

FIGURA 5.7. N-acetil-glucosamina (NAG).

       

FIGURA 5.8. Ácido N-acetil-D-neuramínico.

De forma resumida, la figura 5.5 podríamos representarla como sigue:

CHO   HCOH    HOCH    HCOH    HCOH    CH2OH

+ ClH

HCOCH3    HCOH    O HOCH    HCOH    HC    CH2OH Metil-a-D-glucósido

[CH3OH]

H3COCH    HCOH    HOCH O    HCOH    HC    CH2OH Metil-b-D-glucósido

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Oligosacáridos  Los oligosacáridos (del griego “oligos”, pocos), dan lugar por hidrólisis a un reducido número de monosacáridos. Son importantes componentes de las glicoproteínas, constituyentes de los líquidos corporales y de los tejidos (incluida las membranas celulares). Una glicoproteína típica contienen una o varias unidades de oligosacáridos unidos a las cadenas laterales de asparraguina mediante enlace N‑glicosídicos, aun cuando también pueden ser los aminoácidos serina o treonina los que pueden enlazarse mediante enlace O‑glicosídico a las cadenas de oligosacáridos, pero en menor proporción. Los carbohidratos más frecuentes, adheridos a las proteínas en cadenas cortas o largas (más de 15 unidades) ramificadas o no, incluyen: hexosas (tipo manosa y galactosa), Acetil hexosaminas, pentosas (arabinosa y xilosa), metilpentosas (L‑fucosa) y ácidos siálicos. La fucosa y el ácido siálico siempre ocupan posiciones distales a la cadena polipeptídica, en tanto que la N‑acetilglucosamina y la galactosa por lo general se encuentran lo más próximas a las proteínas, formando parte a menudo del enlace carbohidrato-proteína.

Disacáridos de interés biológico  Las característica generales de los oligosacáridos se estudian mejor respecto a los tres disacáridos importantes: maltosa, lactosa y sacarosa. La maltosa está compuesta por dos residuos de glucosa con los enlaces glucosídicos ligando el carbono en 1 de un residuo con el 4 del otro, tiene un átomo de carbono anomérico no sustituido en forma de hemiacetal; por tanto, la maltosa es un azúcar reductor, reacciona con reactivos de grupos carbonílicos y presenta mutarrotación. El residuo con un carbono anomérico sin sustituir es el extremo reductor del oligosacárido, mientras que el último residuo con su carbono anomérico en unión glucosídica es el extremo no reductor. En la maltosa la configuración de la unión glucosídica se designa α‑1,4, lo que indica que el carbono (C‑1) anomérico no reductor está en la configuración “alfa” y en unión glucosídica con el grupo hidroxilo del C‑4 del otro azúcar. Este modo de unión se designa a menudo mediante el empleo de una flecha, por ejemplo α (1 → 4). El nombre derivado de la maltosa es: 4‑O-α-D-glucopiranosil-D-glucopiranosa. La lactosa, se sintetiza sólo por células secretoras de la glándula mamaria, contiene cantidades equivalentes de galactosa y glucosa y su estructura es: 4‑O-β-D-galactopiranosil-D-glucopiranosa.

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La sacarosa no da las reacciones características de los azúcares reductores pues no tiene grupo carbonilo libre, ya que los átomos anoméricos de carbono de los residuos de glucosa y fructosa se unen entre sí por medio del enlace acetálico. Por esto no reduce las soluciones alcalinas de cobre, ni forma osazona, ni muestra mutarrotación. Su nombre derivado es el α‑D-glucopiranosil-βD-fructofuranósido. Varios métodos se han utilizado para determinar la estructura de los oligosacáridos y una de las pruebas más clásicas se ha utilizado para designar la estructura de la maltosa. La maltosa da positiva la prueba de azúcares reductores y da sólo glucosa por hidrólisis; por tanto, uno al menos de los residuos de glucosa contiene un carbono anomérico nos sustituido; la reducción con borohidruro de sodio y un catalizador adecuado reduce al carbono anomérico a alcohol; el derivado resultante reducido se metila exhaustivamente al reaccionar con yoduro de dimetilsulfato que luego se hidroliza. El hidrolizado contiene dos azúcares metilados en cantidades iguales, que pueden identificarse por comparación con compuestos auténticos. Uno de los productos, el 2,3,4,6-tetra-0-metil-D-glucopiranosa se obtuvo a partir del extremo no reductor, puesto que su carbono anomérico no está sustituido. Pudiera no derivar del extremo reductor, ya que la reducción con borohidruro transforma los hemiacetales en alcoholes. La estructura de este producto indica también que el residuo no reductor tiene un anillo de piranosa. El otro producto, el 1,2,3,5,6-penta-O-metil-D-glucitol, tiene que representar el residuo en el extremo reductor, puesto que el C‑1 hidroxilo está metilado. Puesto que el C‑4 no está metilado, el enlace glucosídico de la maltosa tiene que estar en 1,4. CH2OCH3   HCOCH3   CH3OCH   HCOH   HCOCH3   CH2OCH3 1,2,3,5,6-Penta-O-metil-D-glucitol La metilación exhaustiva y la hidrólisis del metilglucósido de la maltosa da cantidades equimoleculares de 2,3,4,6-tetra-O-metil-D-glucopiranosa y 2,3,6-tri-O-metil-D-glucopiranosa; lo que establece que el extremo no reductor tiene la estructura del anillo de piranosa y la única información desconocida es la configuración del enlace glucosídico. La determinación de la configuración α ó β, del enlace glucosídico se establece mediante las glucosidasas, enzimas que hidrolizan específicamente enlaces

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glucosídicos: la “maltasa”, los enlaces α‑glucósidos, la “emulsina”, los β‑glucósidos; así la maltosa se hidroliza específicamente por la maltasa, lo que indica que su enlace glucosídico tiene configuración alfa.

Polisacáridos  Gran parte de los carbohidratos de la naturaleza existen en forma de moléculas de alto peso molecular que por hidrólisis producen exclusiva o principalmente monosacáridos o productos relacionados con ellos, más frecuentemente D‑glucosa. Sin embargo D‑manosa, D‑ y L‑galactosa, D‑xilosa y L‑arabinosa, así como ácidos D‑glucurónicos, D‑galacturónicos, D‑glucosamina, D‑galactosamina, ácidos siálicos y ácidos amino-urónicos, se encuentran también como constituyentes de polisacáridos. Los diferentes polisacáridos difieren no solamente en la composición de monosacárido constituyente, sino también en el peso molecular y en otras estructuras. Así, algunos polisacáridos son polímeros lineales y otros están altamente ramificados. En todos los casos el enlace que une las unidades de monosacáridos es el enlace glicosídico, pudiendo ser α ó β. La secuencia de unidades de monosacáridos en los polisacáridos y la naturaleza de sus enlaces glicosídicos se establecen por métodos similares a los descritos antes para la maltosa, aunque el tamaño de los polisacáridos complica a menudo los análisis estructurales. La metilación exhaustiva es un método utilizado para la determinación no sólo del número de residuos de una cadena simple no ramificada, sino también de las clases de enlaces glucosídicos de los polisacáridos de cadena ramificada. Por ejemplo, un poliglucósido no ramificado (α 1,4 ó β 1,4) de 10 residuos podría dar lugar a 2,3,6-tri-O-metilgucosa y 2,3,4,6-tetra-O-metilglucosa en un relación 9:1. Si existieran ramificaciones podrían encontrarse residuos de di-O-metilglucosa, en un número que reflejaría el número de puntos de ramificación y la posición de los grupos metilos indicaría los grupos hidroxílicos en los puntos de ramificación. El ácido periódico es otro reactivo utilizado en los estudios de estructura de polisacáridos. La oxidación en condiciones controladas, de los azúcares con este reactivo está acoplada con medidas cuantitativas del ácido periódico consumido y del ácido fórmico producido. Los glicoles se rompen por el ácido periódico dando 2 aldehídos y consumiendo una molécula de periodato. Si están presentes tres o más grupos hidroxílicos contiguos, el átomo de carbono central se libera como ácido fórmico, se forman dos aldehídos y se utilizan dos moles de periodato. Por tanto, se forman dos aldehídos y se utilizan dos moles de periodato. Por tanto, la reacción de metil α‑D-glucosa (α‑metilgucósido) se pone de manifiesto con ácido periódico. El tratamiento con ácido periódico de un polisacárido constituido por unidades repetitivas de hexosa ligada linealmente con uniones glicosídicas en 1,4 produciría un mol de ácido fórmico a partir de cada extremo en el que la

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hexosa estuviera ligada glicosídicamente. Dos moléculas adicionales de ácido fórmico podrían derivarse a partir del extremo reductor de la cadena de polisacárido, uno a partir de la oxidación normal del cis-glicol, el otro a partir del átomo de carbono libre. El número de grupos terminales en un polisacárido determinado por este procedimiento es un índice del grado de linealidad y ramificación del polisacárido. Si se sobrepasa una producción de tres moléculas de ácido fórmico por molécula de polisacárido, la última tiene que contener cadenas ramificadas. La relación entre el periodato consumido y el formiato producido da un idea del grado de ramificación. Asimismo una excelente aproximación en los estudios de las estructuras de polisacáridos utiliza el uso sucesivo de enzimas selectivos que se han caracterizado con respecto al tipo de enlaces glicosídicos que ellos romperán. En este sentido la “hialuronidasa”, hidroliza el enlace α‑1,4 glicosídico entre las unidades repetitivas del disacárido en el ácido hialurónico para dar el tetrasacárido: Ácido D‑glucurónico (1 → 3) N‑acetilglucosamina (1 → 4) ácido D‑glucurónico (1 → 3) N‑acetilglucosamina, que posteriormente puede degradarse por glucosidasas específicas de cada uno de los enlaces. Entre los polisacáridos funcionalmente importantes están: el almidón, el glucógeno y la celulosa. El ALMIDÓN está formado por una cadena α‑glucosídica. Los dos constituyentes principales del almidón son: la “amilosa” (15-20%) que tiene estructura helicoidal no ramificada, responsable del color que adquiere el almidón con el yodo y la “amilopectina” (80-85%), que consta de cadenas muy ramificadas, las cuales sólo dan un color rojo, con el yodo porque no están enrolladas efectivamente. Cada cadena está compuesta de 24 a 30 residuos de glucosa. Los residuos de glucosa están unidos por enlaces 1 → 4 (A) en las cadenas y por enlaces 1 → 6 (B) en los puntos de ramificación. El aislamiento del disacárido α‑1,6, la isomaltosa, a partir de los productos de la hidrólisis incompleta de amilopectina, confirma la constitución de los lugares de ramificación. El GLUCÓGENO, polisacárido que se almacena en el reino animal, tiene una estructura mucho más ramificada que la amilopectina con cadenas de 11 a 18 residuos de α‑D-glucopiranosa (en enlaces glucosídicos α (1 → 4), con ramificaciones unidas por medio de enlaces glucosídicos α (1 → 6). La α‑1,4glucán maltohidrolasa ataca al glucógeno incompletamente, produciendo como la amilopectina, maltosa. Por hidrólisis ácida completa el glucógeno purificado da lugar a glucosa. El glucógeno no es reductor y con el yodo toma un color rojo. La CELULOSA, principal constituyente del armazón de las plantas; no da color con el yodo y no es soluble en los disolventes ordinarios. Consiste en uni-

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dades de β‑D-glucopiranosa, unidas por enlaces β (1 → 4) para formar cadenas rectas, largas reforzadas por enlaces cruzados de puentes de hidrógeno. Por hidrólisis total la celulosa da lugar a glucosa casi completamente; la hidrólisis parcial produce el disacárido “celobiosa”. La hidrólisis de celulosa totalmente metilada da 2,3,6-tri-O-metilglucosa casi cuantitativamente, indicando la ausencia de ramificaciones. La celulosa es insoluble en agua, pero puede disolverse en disoluciones amoniacales de sales de cobre. Su peso molecular estimado a partir de diferentes preparaciones se encuentra entre 50.000 y 400.000 correspondiente a un promedio de 300 a 2.500 residuos de glucosa por molécula.

Mucopolisacáridos  Están constituidos por cadenas de carbohidratos complejos que se caracterizan por su alto contenido en aminoazúcares y ácidos urónicos. Cuando estas cadenas se unen covalentemente a una molécula de proteína, el compuesto se conoce como un “proteoglucano” y como tales forman parte de elementos estructurales de los tejidos como el hueso, la elastina o el colágeno. Hay 7 tipos de mucopolisacáridos (glucosaminoglucanos) adheridos por covalencia a las proteínas de los proteoglucanos, los cuales pueden distinguirse por su composición monomérica, su enlace glicosídico y por la cantidad y posición de sus sustituyentes sulfato. Todos ellos son polianiones dado que contienen grupos acídicos sulfato o carboxilo procedentes de los ácidos urónicos constituyentes de su estructura. Ácido hialurónico: Constituido por una cadena lineal de unidades disacáridas repetitivas que contienen GlcA (ácido glucurónico), y GlcNAc (N‑acetilglucosamina). No hay gran evidencia de que el ácido hialurónico está enlazado a una molécula de proteína ya que la mayoría de las preparaciones no contienen más de un 1 a un 2% de proteínas en peso. Sulfatos de condroitina: Dos glucosaminoglucanos ampliamente distribuidos, el condroitín 4‑sulfato y el condroitín 6‑sulfato, sólo difieren en la posición del éster sulfato, es decir, en el 4 y 6‑hidroxilo de la N‑acetilglucosamina respectivamente. La cadena de disacáridos repetitiva está unida covalentemente a una serina del esqueleto polipeptídico por enlaces glucosídicos con el trisacárido galactosil-galactosil-xilosa, y a través de este último azúcar es por donde se unen a la molécula de proteína. Dos sulfotransferasas distintas catalizan la formación de los enlaces sulfatos en cada una de las dos posiciones, 4 ó 6 que diferencian ambos sulfatos de condroitina.

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Sulfato de queratán I y sulfato de queratán II: Ambos contienen la siguiente unidad repetitiva de disacárido: D Galactosa β (1 → 4) N‑acetil-D-glucosamina-6-sulfato Sin embargo se diferencian entre sí por su contenido glucídico global y porque se encuentran en tejidos diferentes. El sulfato de queratán I, aislado de la córnea también contiene fucosa, ácido siálico y manosa. Su carbohidrato está unido por medio de un enlace N‑acetilgulcosaminil-asparraguinil al esqueleto polipeptídico. El queratán sulfato II, aislado del cartílago y del hueso también contiene N‑acetilgalactosamina, fucosa, ácido siálico y manosa, además de los azúcares de la unidad repetitiva (Gal-GlcNAc sulfatada en su posición 6). Sus cadenas de oligosacáridos parecen estar unidas a la proteína a través de un enlace D‑glucosídico entre la GlcNAc (N‑acetilgalactosamina) y una molécula de serina o treonina. Heparina y sulfato de heparina: La unidad del disacárido repetitiva tiene la siguiente estructura:

Una cantidad variable de los residuos de glucosamina contienen más grupos N‑acetil que N‑sulfato. El sulfato de heparina contiene una unidad repetitiva similar, pero con menos grupos de N‑acetilo, mas grupos de N‑sulfato y un bajo porcentaje de O‑sulfato. Las cadenas de oligosacáridos de ambos están unidas a la proteína a través de la xilosa como en los sulfatos de condroitina. Sulfato de dermatán: Su estructura se parece a la de los sulfatos de condroitina excepto en que el lugar de un GlcA en enlace α‑1,3- con la GalNAc, el sulfato de dermatán contiene ácido idurónico y en enlace α‑1,3- con la GlcNAc. Estos glucosaminoglucanos están unidos a la cadena polipeptídica como en el caso de los sulfatos de condroitina y de la heparina a través de unidades de xilosa.

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Preguntas test 

1 En a b c d e

una aldotetrosa, el número de carbonos asimétricos es: Tres, incluyendo el carbono anomérico. Los dos carbonos secundarios. El carbono alcohólico primario. El carbono del grupo carbonilo. Todos sus carbonos son asi­mé­tri­cos.

2 En a b c d e

las aldohexosas, el número de esteroisómeros posibles es: 16, incluyendo las formas α y β del carbono anomérico. 32, incluyendo las formas α y b del carbono anomérico. 8, ya que el C‑2 puede formar doble enlace con el C1. Las dos formas D y L corresponden al C‑5. 9, puesto que el C‑5 forma enlace semiacetálico con el C‑5.

3 Díganse si la Manosa y la Glucosa son: a Una aldopentosa y una aldohexosa respectivamente b Forman racémicas de un mismo azúcar. c Epímeros. d Antípodas ópticos. e No existe relación entre estos dos azúcares. 4 En a b c d e

las cetotetrosas el número de isómeros posibles es: 2, correspondientes a las formas D y L. 4, teniendo en cuenta las correspondientes al carbono ano­mé­ri­co. 1, teniendo en cuenta el doble enlace carbonílico. 16, en función de la expresión 2n, siendo n = 4. No existe en ellas posibilidad de esteroisomería.

5 De a b c d e

las cetopentosas se puede decir: Existen 8 esteroisómeros. Existen 2 esteroisómeros. Que tienen el mismo número de C asimétricos que las aldotetrosas. Que tienen dos átomos de carbono asimétricos más que las aldotetrosas. Que tienen dos átomos de carbono asimétricos menos que las aldotetrosas.

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6 Cuando se habla de una D‑sicosa, se hace referencia a: a Una cetohexosa. b La cetohexosa correspondiente a la D‑glucosa. c Una aldoheptulosa. d Una aldopentosa. e Una cetopentosa. 7 La D‑fructosa: a Es la aldopentosa que deriva de la D‑arabinosa. b Es la aldopentosa que deriva de la D‑ribosa. c Es una aldotetrosa. d Es la cetohexosa que deriva de la D‑xilulosa. e Es la cetohexosa que deriva de la D‑ribulosa. 8 La D‑galactosa: a Es una cetohexosa que deriva de la tagatosa. b Es una cetohexosa que deriva de la D‑fructosa. c Es una aldohexosa que deriva de la D‑lixosa. d Es una aldohexosa que deriva de la D‑xilosa. e Es una aldoheptulosa. 9 Durante el proceso de mutarrotación, en una solución de un azúcar se produce que: a El C anomérico se isomeriza hasta convertirse en un grupo cetónico. b El C anomérico se isomeriza hasta convertirse en un grupo aldehído. c Se alcanza un pH próximo a la neutralidad. d El poder rotatorio de la solución se modifica bien en el sentido (+) ó (‑). e El azúcar pasa de la forma furanosa a la forma piranosa. 10 En la siguiente representación según Haworth, el azúcar corresponde a:

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a D‑ribopiranosa. c Arabinosa. e L‑xilofuranosa.

b L‑ribofuranosa. d D‑xilofuranosa.

11 Es correcto que: a La mutarrotación de la glucosa consiste en pasar de la forma a α la β. b El carbono anomérico en la fructofuranosa es el carbono 1. c Los ácidos urónicos tienen un grupo carboxilo en el C‑1. d La D‑fructosa y la D‑ribulosa son epímeros. e Ninguna es cierta. 12 Los glúcidos o hidratos de carbono se caracterizan: a Por ser compuestos altamente reductores. b Por ser compuestos altamente oxidantes. c Por ser compuestos de reactividad intermedia. d Todo lo anterior es correcto. e Todo lo anterior es falso. 13 En a b c d e

relación con los monosacáridos señalar la afirmación errónea: La mayoría de los monosacáridos naturales son D‑osas. Por poseer carbonos asimétricos presentan actividad óptica. La D‑manosa y la D‑eritrulosa son epímeros. Los enantiómeros son imágenes especulares. Diasteroisómeros, son aquellos isómeros que no son enantiómeros.

14 ¿Cuál de los siguientes pares de azúcares son epímeros? a Gliceraldehído y dihidroxiacetona. b Glucosa y manosa. c Glucosa y fructosa. d α‑D-glucosa y β‑D-glucosa. e Ninguna es cierta. 15 Señalar la afirmación falsa en relación con los hidratos de carbono o glúcidos: a Actúan como elementos estructurales. b Actúan como reserva energética. c Actúan como componentes de metabolitos fundamentales.

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d Los monosacáridos que tienen pesos moleculares bajos, no pueden hidrolizarse a moléculas más sencillas. e Se pueden definir químicamente como derivados aldehídicos de ácidos. 16 En los monosacáridos, es cierto que: a Las aldosas y las cetosas se diferencian en la posición del grupo carbonilo. b La ribosa y la ribulosa son epímeros. c La fructosa es un oligosacárido d La dihidroxiacetona es ópticamente activa. e Ninguna es cierta. 17 ¿Cuál de los siguientes compuestos no es un derivado de los monosacáridos? a Desoxiazúcares.

b Maltosa.

c Aminoazúcares.

d Azúcares ácidos.

e Alditoles. 18 La osazonas son compuestos que resultan de la reacción de la fenilhidrazina con: a Alcoholes orgánicos. b Ácidos orgánicos. c Grupos alquilo de los glúcidos. d Hidroxi-aldehídos e hidroxi-cetonas. e Grupos amino. 19 Si un trisacárido aislado de la leche, después de su reducción con NaBH 4 y metilación exhaustiva, se hidroliza totalmente con β‑galactosidasa con posterior metilación, decir cuál de los siguientes compuestos no puede obtenerse como producto de estas reacciones. a 1,2,3,5,6,pentametil,4,acetil sorbitol. b 2,3,4,6,tetrametil,1,5,diacetil-galactosa. c 2,3,4,trimetil,1,5,6,triacetil-galactosa. d 1,2,3,5,tetrametil,4,6,diacetil sorbitol. e 1,2,3,4,tetrametilglucosa.

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20 Decir cuál de las siguientes mo­l é­c u­l as glucídicas no es compuesto frecuentemente de los oligosacáridos: a N‑acetil galactosamina.

b N‑acetil glucosamina.

c N‑acetil glucosamina.

d L‑fucosa.

e L‑ribosa. 21 La naturaleza de los enlaces glucosídicos que intervienen en la estructura de un oligosacárido puede conocerse a través de: a La acción de nucleosidasas que van rompiendo cada uno de los enlaces del núcleo del oligosacárido. b Según qué tipo de proteasas se requieran para separar el oligosacárido de la cadena proteica a la que generalmente van unidos. c Un apropiado tratamiento en medio ácido, seguido de la separación e identificación de los correspondientes ácidos aldónicos. d Las distintas glicosidasas necesarias para realizar una hi­d ró­li­s is parcial. e Una reducción exhaustiva de los distintos azúcares que lo componen seguido del análisis de los productos reducidos así obtenidos. 22 El procedimiento habitual para determinar la estructura de los oligosacáridos utiliza: a Reducción con borohidruro de sodio seguida de metilación. b Reducción con cloruro de hidrógeno seguida de metilación. c Sulfonación de los grupos OH libres y posterior identificación de los derivados así obtenidos. d Oxidación de los grupos OH libres de identificación posterior de los ácidos obtenidos. e Tratamiento con sulfonil ureas que degrada los enlaces glucosídicos, dejado libre los monosacáridos integrantes. 23 La estructura de la maltosa corresponde a: a 4‑O-α‑D glucopiranosil-D-fructofuranosa. b 4‑O-α‑D glucopiranosil-D-glucofuranosa. c 4‑O-α‑D galactosil-D-glucopiranosa. d 4‑O-β‑D glucopiranosol-D-fucopiranosa. e 4‑O-α‑D glucopiranosil-D-glucopiranosa.

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24 La estructura de la lactosa corresponde a: a 4‑O-α‑D glucopiranosil-D-glucopiranosa. b 4‑O-β‑D glucopiranosil-D-glucofuranosa. c 4‑O-α‑D galactopiranosil-D-glucopiranosa. d 4‑O-α‑D glucopiranosil-D-glucofuranosa. e 4‑O-β‑D galactopiranosil-D-fructofuranosa. 25 La estructura de la sacarosa corresponde: a β‑D-glucopiranosil-α‑D fructofuranósido. b α‑D-glucopiranosil-β‑D fructofuranósido. c α‑D-glucopiranosil-α‑D fructofuranósido. d β‑D-glucopiranosil-β‑D fructofuranósido. e α‑D-glucopiranosil-β‑D galactopiranósido. 26 Si un disacárido da positivo el test de azúcares reductores y después de reducción y metilación no aparecen las posiciones 1 y 4 de los dos monosacáridos, ello indica que: a El disacárido no tiene ningún extremo reductor y el enlace glucosídico es 1 → 4. b El disacárido tiene un extremo reductor y el enlace glucosídico es 1 → 6. c El disacárido tiene un extremo reductor que aparece en uno de los monosacáridos metilado en posición 1 y que el enlace es 1 → 4. d El disacárido tiene un extremo reductor y el enlace glucosídico es 1 → 2. e El disacárido tiene un extremo reductor, pero no podemos saber nada acerca del enlace glucosídico. 27 Si en un disacárido los carbonos anoméricos de los dos monosacáridos que los constituyen están enlazados mediante el enlace glucosídico 1:1, ¿cuál de los siguientes productos no se pueden obtener después de reducción, metilación e hidrólisis adecuada? a Los derivados metilados correspondientes a los C‑2 y C‑3. b Los derivados metilados en las posiciones C‑1 de los dos monosacáridos. c Los monosacáridos constituyentes separados por la adecuada acción hidrolítica.

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d Los derivados metilados en todas las posiciones e los dos monosacáridos, menos los correspondientes a los C‑1. e Los derivados metilados correspondientes a los C‑4 y C‑5. 28 ¿Cuál de los siguientes productos no puede obtenerse después de reducción metilación e hi­d ró­l i­s is mediante una α‑glucosidasa de la sacarosa? a Los derivados metilados de glucosa y fructosa en posiciones 3, 4 y 5. b Los derivados metilados de glucosa y fructosa en posiciones 1 y 2 respectivamente. c Los derivados metilados de glucosa en posiciones 2, 3, 4, 5 y 6. d Los derivados metilados de fructosa en posiciones 1 y 3. e Los derivados metilados de fructosa en posiciones 4 y 5. 29 La rafinosa es un trisacárido que se encuentra en las plantas. Tiene la estructura: gal (α 1 → 6), glu (α 1 → 2 β), fru. ¿Cuántos moles de peryodato consumirá un mol de rafinosa? a 1.

b 2.

c 3.

d 4.

e 5.

30 En relación al enunciado anterior, ¿cuántos moles de ácido fórmico se producirán? a 1.

b 2.

c 3.

d 4.

e 5.

31 ¿Cuáles serán los productos de la metilación de rafinosa seguido de hidrólisis? a 2,3,4,6 tetrametilgalactosa.

b 2,3,4, trimetilglucosa.

c 1,3,4,6 tetrametilfructosa.

d Ninguno de los anteriores

e Todos los anteriores. 32 De un disacárido que no reduzca la solución de Fehling, ni forme osazona, ni experimente mutarrotación, ni forme metil-glucósidos, podremos decir: a Que está formado por una aldosa y una cetosa. b Que está formado por dos moléculas de aldosas. c Que está formado por dos moléculas de cetosas. d Que en su estructura no participa ningún azúcar reductor. e Que el enlace glicosídico se establece a través de los dos átomos de carbono anomérico de los monosacáridos que los constituyen.

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33 De la maltosa podemos decir: a Reduce la solución de Fehling. b Forma una osazona con la fenilhidracina. c Experimenta mutarrotación. d Es un disacárido. e Todo lo anterior es cierto. 34 La reacción de color azul con yodo, típica del almidón se debe a la fracción: a Amilosa. b Amilopectina. c Tanto la amilosa como la amilopectina dan color azul con el yodo. d De las unidades monoméricas de glucosa que lo integran. e De las unidades del disacárido maltosa que constituyen la amilopectina. 35 ¿Cuál de los siguientes polisacáridos no es un homopolisacárido? a Almidón.

b Glucógeno.

d Condroitina.

e Quitina.

c Celulosa.

36 La celulosa es un polímero formado por unidades repetitivas de: a β‑D-glucopiranosa unidas por enlaces (1 → 4). b α‑D-glucopiranosa unidas por enlace (1 → 4). c α‑D-glucofuranosa unidas por enlace (1 → 4). d β‑D-glucofuranosa unidas por enlace (1 → 4). e β‑D-glucopiranosa unidas por enlace (1 → 6). 37 Comparando la molécula de glucógeno con la de amilopectina obtenida de la precipitación fraccionada de una solución de almidón con sulfato de magnesio en caliente, se comprueba que el glucógeno contiene cadenas de menor longitud y un peso molecular más alto que la amilopectina, lo que indica que: a El glucógeno está menos ramificado que la amilopectina. b El glucógeno está aún más ramificado que la amilopectina. c Son dos moléculas similares en cuanto a grado de ramificación.

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d El glucógeno tiene el doble de unidades de glucosa enlazadas por enlace α 1 → 6. e Nada de lo anterior es cierto. 38 La función de peryodato como instrumento de análisis de la estructura de un polisacárido es la de: a Convertir grupos carboxilo y alcohólicos en grupos aldehído. b Convertir un carbono con función alcohólica primaria en ácido fórmico. c Romper los enlaces entre átomos de carbono en función oxidable. d Oxidar los carbonos enlazados mediante enlace glucosídico en ácido fórmico. e Romper las cadenas lineales o ramificadas del polisacárido y transformar unidades monosacáridas en ácidos aldónicos. 39 La oxidación de celulosa con peryodato rinde por cadena lineal: a Una molécula de ácido fórmico. b Dos moléculas de ácido fórmico. c Tres moléculas de ácido fórmico. d Más de tres moléculas de ácido fórmico. e Un número indeterminado de moléculas de ácido fórmico. 40 Cuando una molécula de glucógeno se trata con metanol (en ClH a 3%) se forma: a Los metilglucósidos correspondientes a los grupos alcohólicos de la molécula. b El metilglucósido del extremo no reductor. c El metilglucósido de extremo reductor. d Los ésteres metílicos correspondientes a todas las posiciones de las unidades monocarbonadas. e En estas condiciones no es posible metilar el glucógeno. 41 Una solución de un polisacárido que contiene sólo D‑manosa y D‑glucosa se hidroliza en medio ácido, la rotación observada en un tubo de polarímetro fue de +9,07º, sabiendo que la rotación óptica de la glucosa es 52,7º y la de la manosa +14,5º, decir en qué proporción están los azúcares:

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a Dmanosa / Dglucosa = 1. b Dmanosa / Dglucosa > 1. d Dmanosa / Dglucosa < 1. c Dmanosa / Dglucosa >> 1. e No es posible establecer tal proporción. 42 La hidrólisis de sacarosa en presencia de ácidos da una molécula de fructosa y una molécula de glucosa, ello hace que: a La molécula de glucopiranosa se configure en la forma de glucofuranosa. b No se modifique ninguna propiedad de la sacarosa en estas condiciones. c No forme metil glucósidos en condiciones adecuadas. d Cambie el signo de rotación de la disolución. e Se pierda el sabor dulce de la sacarosa. 43 ¿Cuál de los siguientes productos no puede obtenerse después de la metilación exhaustiva de amilopectina seguida de hidrólisis ácida? b 2,3 dimetilglucosa. a 2,3,4 trimetilglucosa. c 2,3,6 trimetilglucosa. d 2,3,4,6 tetrametilglucosa. e 1,2,3,6 tetrametilglucosa. 44 La hidrólisis de glucógeno mediante la b‑amilasa rinde: a Exclusivamente glucosa. b Glucosa y maltosa. c Glucosa y celobiosa. d Exclusivamente maltosa. e Exclusivamente celobiosa. 45 La metilación exhaustiva de un polisacárido aislado de Aspergillus niger, seguida de hidrólisis ácida dio, aproximadamente, cantidades molares iguales de 2,4,6 trimetilglucosa, 2,3,6 trimetilglucosa y trazas de 2,3,4,6 tetrametilglucosa. ¿Cuál es la posible estructura del polisacárido? a Está formado por unidades de glucosa en enlaces alternados 1 → 4 y 1 → 6. b Está formado por unidades de maltosa. c Está formado por unidades de celobiosa. d Está formado por unidades de glucosa en enlaces alternados 1 → 3 y 1 → 6. e Está formado por unidades de glucosa en enlaces alternados 1 → 3 y 1 → 4.

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46 Un glucano aislado de Estreptomyces sp. se hidrolizó totalmente hasta obtener disacáridos sencillos con un enzima específico para enlaces α 1 → 4. El disacárido se redujo con NaBH 4, y se trató con peryodato; puesto que se utilizaron por cada mol de disacárido reducido 5 moles de formaldehído, ¿cuál es la estructura más adecuada del disacárido no reducido? a Glucosa (α ó β 1 → 3) glucosa. b Glucosa (β 1 → 4) glucosa. c Galactosa (α 1 → 4) glucosa. d Galactosa (α 1 → 4) galactosa. e Glucosa (α 1 → 1) glucosa. 47 La agarosa, el componente mayoritario del “agar” que se obtiene de determinadas algas marinas, consiste en cadenas alternantes de D‑galactosa y 3,6 anhidro L‑galactosa. Las unidades D‑galactosa, y éstas están unidas por enlace β a las posiciones 4 de las unidades anhidro L‑galactosa, y éstas están unidas por enlace a a las posiciones 3 de las unidades D‑galactosa. Decir cuál de los siguientes productos podrían ­o btenerse después de la metilación exhaustiva de la agarosa y posterior hidrólisis. a 2,3,4,6 tetrametil D‑galactosa, 2,3,4,6 tetrametil L‑galactosa. b 2,4,6 trimetil D‑galactosa, 2,3,4,6 tetrametil L‑galactosa. c 2,3,4,6 tetrametil D‑galactosa, 2,3,4, trimetil L‑galactosa. d 2,3,4 trimetil D‑galactosa, 2,3,4 trimetil L‑galactosa. e 2,4,6 trimetil D‑galactosa, 2,metil L‑galactosa. 48 La inulina, un glúcido de reserva muy difundido en el reino vegetal, contiene en su molécula de 30 a 40 restos de fructosa, siendo un polímero de β‑fructofuranosa en unión 2 → 1. Decir cuáles serían los productos de metilación e hidrólisis posterior: a 3,4,6 trimetil fructosa.

b 1,2,3,4 tetrametil fructosa.

c 2,3,4 trimetil fructosa.

d 1,3,4 trimetil fructosa.

e 1,2,3 trimetil fructosa. 49 Las galactomanas, polióxidos mixtos de galactosa y manosa utilizados como espesantes industriales, están formados por unidades de D‑manopiranosa con enlaces β 1 → 4, a las que se unen en ramificaciones unidades de D‑galactopiranosa en enlace α 1 → 6. ¿Cuál de los siguientes productos podrían obtenerse en las mismas condiciones del problema anterior?

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2,3,6 trimetil manosa. 2,3,4,6 tetrametil manosa. 1,2,3 trimetil manosa. 2,3,6 trimetil manosa, 2,3 dimetil manosa y pequeñas cantidades de 2,3,4,6 tetrametil galactosa. e 2,3,6 trimetil manosa y pequeñas cantidades de 2,3,4 trimetil galactosa. a b c d

50 ¿En cuál de los siguientes glucosaminoglucanos el ácido idu­r ó­ ni­c o predomina sobre el ácido glucurónico en su composición estructural? a Ácido hialurónico. b Sulfato de condroitina. c Sulfato de dermatán. d Heparina. e Sulfato de heparina. 51 Señalar la afirmación cierta con relación al ácido neuramínico: a Es una desoxiosa. b Es una aldosa. c Es un ácido urónico. d Resulta de la condensación de ácido pirúvico y D‑manosamina. e Resulta de la condensación de ácido láctico y N‑acetil-D-glucosamina. 52 El complejo formado por cadenas de glucosaminoglucanos y proteínas se conoce con el nombre de: a Heteropolisacáridos. b Homopolisacáridos. c Glicoproteínas. d Proteoglucanos. e Mucoproteínas. 53 La unidad disacárida formada por D‑galactosa unida por enlace O‑glucosídico b (1 → 4) a N‑acetil-D-glucosamina-6-sulfato es la del glucosaminoglucano: a Condroitin-6-sulfato b Ácido hialurónico c Dermatán sulfato d Heparán sulfato e Queratán sulfato 54 El ácido a Ácido b Ácido c Ácido

hialurónico está constituido por: idurónico y N‑acetil glucosamina. glucurónico y N‑acetil glucosamina. glucurónico y sulfato (6) de N‑acetil glucosamina.

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d Ácido glucurónico y N‑sulfato de galactosamina. e Ácidos galacturónico y N‑acetil glucosamina. 55 ¿Cuál de los siguientes mucopolisacáridos no tiene funciones estructurales? a Dermatán sulfato

b Queratán sulfato

c Heparán sulfato

d Heparina

e Condroitina 56 El aminoácido asparraguina enlaza el esqueleto polipetídico con el residuo de mucopolisacárido en: a La heparina.

b El sulfato de heparina.

c Los queratán sulfatos.

d El ácido hialurónico.

e El condroitín sulfato. 57 Señalar el polisacárido de reserva energética en las células vegetales: a Dextranob

b Quitina

d Almidón

e) Celulosa

c Sacarosa

58 ¿Cuál de los siguientes glucosaminoglucanos tiene los grupos amino de los residuos de glucosamina N‑sulfatados? a Ácido hialurónico.

b Condroitín sulfatos.

c Sulfato de dermatán I.

d Sulfato de dermatán II.

e Heparina. 59 La O‑b-D-glucopiranosil- (1 → 4)-D-glucopiranosa es la denominación de: a Rafinosa

b Celobiosa

d Lactosa

e) Maltosa

c Trehalosa

60 A excepción de uno de ellos, todos los glucosaminoglucanos tienen en su estructura determinados ácidos urónicos derivados bien de glucosa o de galactosa. Decir cuál es: a Ácido hialurónico.

b Sulfato de condroitina.

c Sulfato de dermatán.

d Sulfato de queratán.

e Heparina.

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Glúcidos

239

61 Con relación al péptidoglucano, ¿qué afirmación es falsa? a Es un proteoglucano. b La cadena polisacárida contiene ácido N‑acetilmurámico. c Los enlaces glucosídicos entre los monosacáridos son b (1 → 4). d Las cadenas polisacáridas se entrecruzan por péptidos. e Forma la pared celular de bacterias Gram-positivas y Gram-nega­ tivas. 62 ¿En cuál de los siguientes glucosaminoglucanos, el ácido sul­ fú­r i­c o esterifica la posición 4 de N‑acetilgalactosamina, de forma excepcional, ya que la posición normalmente sulfatada es la C‑6? a Ácido hialurónico.

b Sulfato de condroitina.

c Sulfato de queratán.

d Sulfato de dermatán.

e Heparina. 63 Respecto al ácido N‑acetil-murámico, ¿qué afirmación es falsa? a Es un derivado de la N‑acetil-D-glucosamina. b En su estructura participa una molécula de ácido láctico. c Es un compuesto de 11 carbonos. d Se encuentra en la pared celular bacteriana. e Es un ácido neuramínico. 64 El ácido hialurónico se diferencia del resto de los glucosaminoglucanos en que: a La N‑acetil glucosamina está sustituida por N‑acetil galactosamina. b Carece de residuos de monosacáridos con grupos sulfatos. c El ácido glucurónico está sustituido por ácido idurónico. d La unión de los restos de monosacárido se hace en las posiciones C1‑C1. e Su unión a proteínas es muy eficaz y difícilmente se puede separar de ellas durante el procedimiento de extracción. 65 Con relación al ácido hialurónico, ¿qué afirmación es falsa? a Forma parte de la matriz extracelular. b En su estructura participa la N‑acetil-D-glucosamina. c El ácido hexurónico que toma parte en su estructura es el D‑glucu­ rónico.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

d Todos los enlaces entre las unidades monosacáridas son b (1 → 4). e Su estructura tridimensional frecuentemente es una doble hélice. 66 Tanto los sulfatos de condroitina como los de heparina tienen la particularidad de estar unidos a la proteína a través de: a Ribosa.

b L‑fucosa.

c Xilosa.

d Ácido galacturónico. e Ácido glucurónico. 67 Los aminoácidos que con mayor frecuencia participan en la unión de un mucopolisacárido a la cadena proteica son: a Serina y treonina.

b Alanina y glicina.

c Cistina y cisteína.

d Tirosina y serina.

e Glicina y cisteína. 68 El amioloide, un polisacárido que se acumula en ciertos te­j idos en determinadas enfer­m edades metabólicas (amiloidosis), es muy afín al ácido ­m ucoitín sulfúrico, pero se diferencia de él en que contiene: a Ácido neuramínico. b Ácido siálico. c Ácido fosfórico. d Restos de N‑acetil glucosamina. e Restos de aminoácidos sencillos. 69 Todos los mucopolisacáridos contienen en su molécula residuos de monosacáridos con grupos sulfatos en O ó en N, a excepción de: a Ácido mucoitín sulfúrico.

b Ácido condroitín sulfúrico.

c Heparina.

d Ácido hialurónico.

e Ninguno de los anteriores. 70 Los mucopolisacáridos se conocen también actualmente con el nombre de: a Proteoglicanos.

b Glicosaminoglicanos.

c Sustancias amiloides.

d Mucoides.

e A y d son correctas.

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Glúcidos

241

71 El condroitín sulfato A se diferencia del condroitín sulfato C en que: a El condroitín sulfato A carece de N‑acetil-D-glucosamina. b El condroitín sulfato C contiene en vez de ácido glucurónico, ácido galacturónico. c El grupo sulfato en el condroitín sulfato A esterifica la posición 4 de la unidad de monosacárido y en el caso del C la posición 6. d En la presencia de ácido idurónico en el caso del condroitín sulfato A. e La única diferencia entre ambos es su localización tisular. 72 Los queratán sulfatos (I y II): a Carecen de residuos de N‑acetil glucosamina. b El grupo sulfato esterifica la posición 4 de la D‑galactosa. c El grupo sulfato esterifica la posición 6 de la D‑galactosa. d El grupo sulfato esterifica la posición 4 de la D‑glucosa. e El grupo sulfato esterifica la posición 6 de la D‑glucosa.



Respuestas razonadas 

1 B A excepción del grupo carbonilo y el carbono con función alcohólica primaria, los otros dos carbonos secundarios tienen sus cuatro valencias saturadas por radicales distintos. 2 B Para una aldohexosa en forma lineal hay 4 carbonos asimétricos, los números 2, 3, 4, y 5, luego el número de isómeros es 2 6 = 16. Un quinto carbono asimétrico se produce al ciclarse la molécula, dando los anómeros α y β de cada uno de los 16 azúcares. 3 C De dos isómeros que difieren en la configuración de los H y OH unidos a los átomos de carbono 2, 3 y 4 se conocen como epímeros, caso de la glucosa y de la manosa que difieren en la configuración del C‑2. 4 A El número de carbonos asimétricos es uno, por lo cual existen dos isómeros correspondientes a las formas D y L. 5 C Las cetopentosas tienen el mismo número de carbonos asimétricos que las aldotetrosas, esto es: 5 ‑ 3 = 2.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

6 A La sicosa es la cetohexosa que deriva de la ribulosa al introducir en su cadena un nuevo carbono en posición D (C‑3). 7 E La D‑fructosa deriva igualmente de la D‑ribulosa, pero en este caso el carbono que se introduce está situado en posición L. 8 C Si en la molécula de D‑lixosa se introduce un nuevo carbono (C‑2) en posición D, se forma la D‑galactosa. 9 D La estructura cíclica tanto de una aldosa como de una cetosa es una hemiacetal. La estructura cíclica se conserva en disolución, pero se produce un isomerismo alrededor del grupo carbonilo que produce una mezcla de los dos anómeros. Este equilibrio entre dos anómeros va acompañado de rotación óptica (mutarrotación) cuando el anillo semiacetálico se abre cambiando la posición del H y del OH en el carbono 1. 10 E El convenio de Haworth consiste en representar el plano del anillo en posición horizontal y los sustituyentes se representan arriba o abajo según que estén por encima (formas L) o por debajo (forma D). 11 A La mutarrotación alude a que muchos compuestos ópticamente activos dan soluciones cuya rotación cambia con el tiempo, produciéndose en el tiempo un equilibrio entre dos formas ópticamente activas: la forma α y la forma β. 12 A Los glúcidos son fuertemente reductores dado su carácter de compuestos con varios grupos alcohólicos (polialcoholes) y con grupos aldehídos o cetónicos, que son funciones orgánicas con un grado intermedio de óxido-reducción. 13 C Epímeros, son aquellos compuestos que sólo difieren en la configuración de un carbono asimétrico, por ejemplo D‑glucosa y D‑manosa son epímeros en el C2, y D‑glucosa y D‑galactosa son epímeros en el C4. 14 B Los isómeros ópticos que difieren sólo en la configuración de un átomo de carbono se llaman epímeros; así la glucosa y la manosa son epímeros, puesto que difieren exclusivamente en la configuración del átomo de carbono en posición 2. 15 E Los hidratos de carbono se pueden definir químicamente como derivados aldehídicos o cetónicos de alcoholes superiores polivalentes (con más de un grupo OH‑) o como compuestos que por hidrólisis dan estos derivados.

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Glúcidos

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16 A Las cetosas son isómeros de las aldosas que tienen el mismo número de átomos de carbono y difieren en su estructura sólo en el hecho de que el grupo carbonilo contiene un átomo de carbono no terminal. 17 B La maltosa es un homodisacárido de glucosa. Procede de la degradación de almidón y del glucógeno. 18 D Las osazonas resultan de la reacción de la fenilhidrazina con aldehídos y cetonas, siendo ésta una típica reacción de reconocimiento de azúcares portadores de estos grupos químicos y así la fenilhidrazina cuando reacciona con azúcares reductores da derivados de condensación entre ambos grupos químicos que se pueden separar de la solución acuosa como productos amarillos, las llamadas “fenilosazonas”. 19 E La reducción previa a la metilación, transforma el residuo del extremo reductor en alcohol; por tanto la glucosa nos daría el derivado del sorbitol, lo que impide que aparezca la glucosa como tal en los productos de la reacción. 20 E La L‑ribosa, un importante componente de los ácidos nucleicos, no lo es sin embargo de los oligosacáridos. 21 D Una buena aproximación del conocimiento de la estructura de polisacáridos involucra el uso sucesivo de enzimas selectivos que se han caracterizado con respecto al tipo de enlaces glucosídicos que romperán: “las glucosidasas”. 22 A La reducción con borohidruro de sodio reduce el carbono anomérico a alcohol, el derivado que así resulta (un alditol) puede así metilarse exhaustivamente al reaccionar con yoduro en dimetil sulfato que luego se hidroliza. El hidrolizado contiene dos azúcares metilados en cantidades iguales que pueden de esta manera identificarse posteriormente. 23 E La maltosa está compuesta por dos residuos de glucosa con los enlaces glucosídicos ligando el C‑1 de un residuo con el C‑4 del otro; tiene un átomo de carbono anomérico y el enlace glucosídico se establece en la forma a. 24 A La lactosa contiene cantidades equimoleculares de glucosa y galactosa en la forma indicada en este apartado. 25 B Al contrario de otros disacáridos la unión glucosídica en la sacarosa está entre los átomos de carbono anoméricos, tal como se ha representado en este apartado.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

26 C El hecho de dar positivo el test de azúcares reductores significa que el disacárido tiene un extremo reductor y al no aparecer metilados las posiciones 2 y 4 de los dos monosacáridos obtenidos en la hidrólisis, ello hace suponer que la unión glucosídica se establece entre ellos, puesto que los grupos OH libres en los productos de hidrólisis indican que el OH se utilizó en la formación del anillo o en la unión glucosídica entre residuos de monosacáridos, ya que los grupos OH libres se pueden metilar adecuadamente antes de la hidrólisis. 27 B Por el mismo razonamiento que en la pregunta anterior, al estar los dos carbonos anoméricos enlazados mediante enlace glucosídico no permite que se puedan metilar, luego en la etapa posterior de hidrólisis estos carbonos estarán libres y no metilados. 28 B Al tener la sacarosa el enlace glucosídico formado a expensas de los carbonos anoméricos de la glucosa y de la fructosa (1 y 2 respectivamente) no es posible, según lo explicado anteriormente, que aparezcan como productos finales sus derivados metilados en estas posiciones. 29 E Puesto que en la estructura de la rafinosa, la galactosa está unida al carbono número 6 del residuo de glucosa de la sacarosa, se consumirán 5 moles de peryodato en la oxidación por este reactivo de la molécula de rafinosa. 30 B Una mol de ácido fórmico se producirá por cada uno de los enlaces glicosídicos que participan en la estructura del trisacárido. 31 A La estructura de la rafinosa en la que participan una unidad de galactosa enlazada por su C en posición 1 a una unidad de sacarosa, permite obtener todos los derivados metilados enunciados en los apartados 1, 2 y 3. 32 E La presencia de por lo menos un carbono anomérico en la estructura de un oligosacárido permite reducir la solución de Fehling, formar metilglicósidos, formar osazonas y experimentar mutarrotación; de aquí que en el caso de que todos los carbonos anoméricos participen en la formación de enlaces glicosídicos ninguna de las características químicas enunciadas pueda producirse. 33 E Puesto que la molécula de maltosa, un disacárido formado por la unión glicosídica mediante enlace α 1 → 4 entre dos moléculas de glucosa, la presencia del carbono anomérico de la segunda molécula de glucosa (C‑1) permite establecer las reacciones químicas enunciadas.

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34 A La reacción de color azul con yodo, típica del almidón, se debe a la fracción amilosa, que absorbe de un 18 a un 20% de su peso de yodo. El compuesto azul es un compuesto de inclusión, en el cual las moléculas de yodo entran en los espacios abiertos en el centro de una hélice de las unidades C‑6 que forman molécula de amilosa. 35 D La condroitina es un mucopolisacárido; su unidad disacárida es muy similar a la del ácido hialurónico, está formado por una molécula de ácido D‑glucurónico unida por un enlace O‑glucosídico b (1 → 3) a una molécula de N‑acetil-D-galactosamina. La condroitina es un heteropolisacárido. 36 A Por hidrólisis total, la celulosa da lugar casi completamente; la hidrólisis parcial produce el disacárido celobiosa cuya estructura responde a la enunciada en este apartado. 37 B El glucógeno es un polisacárido de cadena ramificada, más semejante a la amilopectina que a la amilosa, aun cuando la longitud menor de la cadena y el peso molecular más alto indican que el glucógeno está aún más ramificado que la amilopectina. 38 C El peryodato rompe los enlaces entre átomos de carbono con funciones oxidables. En este proceso, los átomos de carbono aumentan un grado en su estado de oxidación; así un glicol se convierte en dos grupos aldehído, un aldehído adyacente a un grupo alcohol se convierte en ácido fórmico, mientras que el alcohol se oxida a aldehído. 39 C Las tres moléculas de ácido fórmico que forman provienen: una del extremo reductor de la celulosa, otra del carbono adyacente al extremo reductor que al formar función glicol en el C‑3, es también susceptible de su transformación en ácido fórmico y la tercera molécula proviene del extremo no reductor, liberándose del C‑3 con posterior transformación de los carbonos 2 y 4 de este extremo no reductor en grupos aldehído. 40 C Dado que la molécula de glucógeno tiene su extremo reductor formado por una unidad glucosa, este monosacárido es susceptible cuando se trata con metanol en caliente, utilizando ClH al 3% como catalizador, de formar el metil glucósido correspondiente. 41 B La disminución observada en el poder rotatorio de la mezcla, cuando su solución se introduce en el tubo del polarímetro, después de realizada la hidrólisis del polisacárido, establece el hecho de que la concentración de manosa (cuyo poder rotatorio específico es menor que el de la glucosa), es supe-

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

rior a la de glucosa. Se descarta la posibilidad de que las concentraciones estén muy desequilibradas (>> 1), ya que en este caso el poder rotatorio de la mezcla caería a valores bastante más inferiores a los enunciados. 42 D La hidrólisis de la sacarosa produce una mezcla que a menudo se conoce como “azúcar invertido”, debido a que la fructosa que se produce es fuertemente levorrotatoria y cambia (invierte) la acción destrorrotatoria previa de la sacarosa. 43 E Cada cadena de amilopectina está formada por unos 24 a 30 residuos de glucosa, unidos por enlaces 1 → 4 en las cadenas lineales y por enlaces 1 → 6 en los puntos de ramificación. El extremo reductor de la molécula se convierte en 1,2,3,6 tetrametilglucosa, pero por hidrólisis de los enlaces glucosídicos el grupo metilo del C‑1 se elimina como metano, por lo que no puede aparecer entre los productos finales. 44 B La β‑amilasa, un enzima que ataca al 2º enlace del extremo no reductor de una cadena de glucógeno o de almidón, libera maltosa y así cuando se hidroliza el glucógeno mediante este enzima se produce aproximadamente un 45% de maltosa y el resto es glucosa. 45 A La ausencia de los derivados metilados en las posiciones 3 del primer residuo de glucosa y 4 del segundo, hace suponer que el polisacárido esté formado por unidades alternantes de 1 → 3 y 1 → 4 a la vez de las trazas de 2,3,4,6 tetrametilglucosa indican la presencia de enlaces ramificados en posición 3 de la cadena lineal. 46 B El residuo no reductor consume dos moles de peryodato y libera 1 mol de ácido fórmico. El alcohol del azúcar formado a partir del residuo reductor utiliza 3 moles de peryodato y libera dos moles de formaldehído (de los carbonos 1 y 6) y un mol de ácido fórmico (del carbono 2). 47 E De la propia estructura enunciada, en el tratamiento con alcohol metílico sólo puede obtenerse el último de los productor enumerados, puesto que las unidades de D‑galactosa sólo tienen libres los grupos hidroxilo correspondientes a los carbonos 2,4 y 6 y la L‑galactosa (que está en forma de 3‑6 anhidro), sólo puede metilarse en posición 2. 48 A Se deduce asimismo de la estructura anunciada.

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49 D La presencia de ramificaciones de D‑galactopiranosa en enlaces α 1 → 6, produce pequeñas cantidades de 2,3,4,6 tetrametil galactosa, ya que el enlace con la cadena lineal es a través de algunos de los carbonos en posición 6 que en la cadena lineal quedan libres. 50 C Es un proteoglucano que desde el punto de vista estructural es semejante a los sulfatos de condroitina excepto que en lugar de ácido glucurónico en enlace β‑1,3 con la N‑acetilgalactosamina, contiene ácido idurónico y un enlace α‑1,3 con la N‑acetilglucosamina. 51 D El ácido neuramínico es una cetosa de nueve carbonos que resulta de la condensación de una molécula de ácido pirúvico con una molécula de D‑manosamina. El ácido neuramínico no existe en estado libre, se encuentra en forma de N‑acil-derivados, que reciben el nombre de ácidos siálicos. 52 C Los proteoglucanos y las glucoproteínas son moléculas constituidas por proteínas a las que se han adherido por covalencia cadenas de oligosacáridos o de polisacáridos, la diferencia se basa en la naturaleza química de los oligosacáridos adheridos que en el caso de los proteoglucanos están siempre presentes la D‑glucosamina o la D‑galactosamina. 53 E La unidad disacárida del queratán-sulfato está formada por una molécula de D‑galactosa unida por enlace O‑glucosídico b (1 → 4) a una molécula de N‑acetil-D-glucosamina-6-sulfato. Este compuesto se encuentra unido a proteínas formando parte de los proteoglucanos del tejido conjuntivo. 54 B El ácido hialurónico está constituido por una cadena lineal de unidades repetidas de disacáridos que contienen ácido glucurónico y N‑acetil gluco­ samina. 55 D La heparina es un mucopolisacárido con funciones no estructurales; se trata de un heteropolisacárido de secreción. Es segregada por los mastocitos, y tiene propiedades anticoagulantes. 56 C Sus cadenas de oligosacáridos, están unidas a las proteínas a través de un enlace N‑acetilglucosaminil-asparraginil al esqueleto polipeptídico al igual que las glicoproteínas séricas. 57 D El almidón es la reserva energética de las plantas. Se encuentra en forma de gránulos de gran tamaño en el estroma de los cloroplastos y de los

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

amiloplastos de todas las células vegetales; es especialmente abundante en los granos de los cereales (trigo, maíz, arroz). Es un homopolisacárido. 58 E La unidad repetida del disacárido que constituye la heparina contienen glucosamina y un ácido urónico. La mayor parte de los grupos amino de los residuos de glucosamina están N‑sulfatados, aunque unos cuantos también están acetilados. 59 B La celobiosa es el producto de degradación de la celulosa de las plantas. Se trata de un homodisacárido de glucosa. La celobiosa es un azúcar reductor, denominado O‑b-glucopiranosil-(1 → 4)-D-glucopiranosa. 60 D Los sulfatos de queratán contienen en su unidad repetida de disacárido galactosa (en vez de ningún ácido urónico) unida a residuos de N‑acetilglucosamina sulfatada en posición 6. 61 A Las bacterias Gram‑positivas y Gram-negativas tienen en su pared un complejo polisacárido-péptido con función protectora denominado peptidoglucano. El peptidoglucano consiste en una estructura entrecruzada continua dispuesta alrededor de la célula. No es un proteoglucano. 62 B En los sulfatos de condroitina, el residuo de N‑acetil galactosamina lleva un radical sulfato en la posición C‑4, cuando normalmente en los demás glucosaminoglucanos la posición sulfatada es la 6. 63 E El ácido N‑acetilmurámico es un derivado del ácido murámico, ambos proceden de la glucosamina. Son aminoazúcares, son constituyentes de los polisacáridos de las membranas celulares y de las paredes celulares bacterianas. 64 B Su unidad repetitiva es la de ácido glucurónico y N‑acetilglucosamina enlazadas por enlaces β‑1,3, carente de restos sulfúricos en su molécula. 65 D Ácido hialurónico, la unidad disacárida que los constituye está formada por una molécula de ácido D‑glucurónico unida por un enlace O‑glucosídico b (1 → 3) a una molécula de N‑acetil-D- glucosamina. Las unidades disacáridas están unidas por un enlace O‑glucosídico b (1 → 4) entre la N‑acetil-Dglucosamina de un disacárido y el ácido D‑glucorónico del siguiente. 66 C Las cadenas de oligosacáridos de la heparina tienen la particularidad de que están unidas a la proteína a través de restos de xilosa, al igual que los condroitín sulfatos.

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Glúcidos

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67 A A excepción de los sulfatos de queratán, los aminoácidos que participan en la unión de la molécula de oligosacárido a la cadena proteica en los proteoglucanos son la serina y la treonina. 68 A Como el ácido mucoitín sulfúrico es el éster sulfúrico del ácido hialurónico, pero contiene además ácido neuramínico. 69 D El único mucopolisacárido que no contienen en su molécula grupos sulfato en O ó en N es el ácido hialurónico. 70 B Actualmente se prefieren estos nombres para indicar que todos contienen derivados de glucosamina o de galactosamina. 71 C La diferente posición del grupo sulfato en la molécula de condroitín sulfato es la única diferencia estructrual entre ambos. 72 C Sólo se diferencian entre sí los queratán sulfatos (I y II) por su contenido glucídico global y el encontrarse en tejidos diferentes, pero en ambos el grupo sulfato está esterificando la posición 6 de la D‑galactosa.

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 Bloque temático 6 

Estructura de lípidos

Definición y funciones biológicas  Con esta denominación se incluyen compuestos muy diversos desde el punto de vista de su composición química, pero que poseen características físicas y biológicas comunes. Así una característica fundamental de este grupo de moléculas es ser insolubles en agua y solubles en disolventes apolares como el cloroformo, éter, hexano, etc. Los lípidos suelen ser moléculas de elevado peso molecular, con un número relativamente alto de átomos de carbono, hidrógeno, bajo número de átomos de oxígeno y algunos de ellos contienen átomos de nitrógeno, fósforo o azufre. Sus funciones biológicas son muy diversas, pero se pueden reunir en los siguientes grupos: a) Estructural: Forman parte de las membranas celulares, dentro de este grupo tendríamos los fosfolípidos y los glicolípidos b) Energética: Tienen un elevado poder energético y suponen un incremento de peso mínimo si lo comparamos con el que tendría si esa energía se acumulara en forma de glucógeno. La combustión de 1 g de estos compuestos genera alrededor de 9,3 kcal. c) Reserva: Estos compuestos se almacenan donde es necesario disponer de grandes cantidades de energía a largo plazo, además se encuentran rodeando a diversos órganos sirviéndoles de protección y aislante frente a la pérdida de calor en ambientes fríos. d) Reguladora: Las hormonas esteroideas, las prostaglandinas y las vitaminas liposolubles son lípidos, que actúan regulando distintas actividades fisiológicas.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Clasificación  Se pueden clasificar en: A) Lípidos saponificables o complejos. Al someterlos a hidrólisis alcalina (saponificación) se convierten en “jabones”, los cuales son hidrosolubles por haberse convertido en sales. Son aquellos que contienen en su estructura ácidos grasos. Dentro de este grupo tenemos: I) Acilglicéridos. II) Fosfoglicéridos. III) Esfingolípidos. IV) Lipoproteínas. V) Ceras. B) Lípidos insaponificables o sencillos. Son los que no contienen ácidos grasos y por tanto no tienen la capacidad de formar “jabones”. I) Prostaglandinas, leucotrienos y tromboxanos. II) Derivados del isopreno. III) Esteroides.

A) Lípidos saponificables o complejos  Antes de estudiar cada uno de los grupos, analizaremos los ácidos grasos como componentes característicos de estos lípidos.

Ácidos grasos Son ácidos orgánicos que constan de una cadena alquílica con un grupo carboxilo terminal. Los átomos de carbono de las cadenas alquílicas pueden tener enlaces sencillos, dobles o triples, generando ácidos grasos saturados e insaturados. Los ácidos grasos más comunes en los sistemas biológicos tienen número par de átomos de carbono comprendido entre 14 y 26, se les ha dado nombres comunes que han sido aceptados por la nomenclatura sistemática. Los átomos de carbono se numeran con el carboxilo terminal como número 1, y la localización de los dobles enlaces se designa por el número de átomo de carbono por el cual comienza el enlace, contando a partir del extremo carboxilo terminal. Las abreviaturas oficiales consisten en el número de átomos de carbono seguido por dos puntos y el número de dobles enlaces. Las designaciones de los dobles enlaces están entre paréntesis detrás del resto del símbolo.

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Estructura de lípidos

253

Ácidos grasos saturados Su fórmula general es CnH2nO2, ya que no presentan dobles enlaces; los más importantes son: • Ácido • Ácido • Ácido • Ácido

mirístico o tetradecanoico: H3C   (CH2)12   COOH; C14:0 palmítico o hexadecanoico: H3C   (CH2)14   COOH; C16:0 esteárico u octadecanoico. H3C   (CH2)16   COOH; C18:0 araquídico o eicosanoico: H3C   (CH2)18   COOH; C20:0

La fórmula desarrollada del ácido palmítico por ejemplo,sería                                      OH                                               CH2   CH2   CH2   CH2   CH2   CH2   CH2   C   O                                                             H3C       CH2   CH2   CH2   CH2   CH2   CH2   CH2 Tabla 6.1. Algunos ácidos grasos saturados que se encuentran en la naturaleza (CnH2nO2). Símbolo Formula estructural

Nombre sistémico

Nombre común

Presente en

P. de fusión (ºC)

H   COOH

Metanoico

Fórmico

–

2:0

CH3   COOH

Etanoico

Acético

–

3:0

CH3   CH2   COOH

Propanoico

Propiónico

–

4:0

CH3   (CH2)2   COOH

n‑butanoico

Butírico

Leche

6:0

CH3   (CH2)4   COOH

n‑hexanoico

Caproico

Coco Aceite de palma

8:0

CH3   (CH2)6   COOH

n‑octanoico

Caprílico

Aceite de palma

9:0

CH3   (CH2)7   COOH

n‑nonanoico

Pelargónico

10:0

CH3   (CH2)8   COOH

n‑decanoico

Cáprico

Coco Aceite de palma

12:0

CH3   (CH2)10   COOH

n‑dodecanoico

Laúrico

Nueces Aceite de laurel

44,2

14:0

CH3   (CH2)12   COOH

n‑tetradecanoico Mirístico

Nueces

53,9

16:0

CH3   (CH2)14   COOH

n‑hexadecanoico Palmítico

Grasas animales y vegetales

61,3

18:0

CH3   (CH2)16   COOH

n‑octadecanoico

Esteárico

Grasas animales y vegetales

69,6

20:0

CH3   (CH2)18   COOH

n‑eicosanoico

Araquídico

Aceite de cacahuete

76,5

22:0

CH3   (CH2)20   COOH

n‑docosanoico

Behémico

Aceite de cacahuete

–

Líquidos a 20 ºC

1:0

–

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Las propiedades de estos compuestos son: 1. Presentan puntos de fusión proporcionalmente crecientes a la longitud de su cadena. 2. Su solubilidad en el agua decrece a medida que se alarga la cadena. Todos son solubles en disolventes apolares. 3. Son moléculas anfipáticas por su capacidad de doble solubilidad en disolventes orgánicos (lipófila o hidrófoba) o en agua (hidrófila), según predomine la cadena hidrocarbonada o el grupo carboxílico, es decir, como se ha dicho en la segunda propiedad, por el número de átomos de carbono. 4. Cuando los ácidos grasos se encuentran totalmente sumergidos en un medio acuoso, las moléculas se orientan formando las micelas con los grupos hidrófilos orientados hacia el agua, mientras que en el interior quedan reunidos los grupos lipófilos, aislados totalmente del agua. 5. Pueden encontrarse en un número infinito de conformaciones, porque, cada uno de los enlaces sencillos del esqueleto hidrocarbonado posee completa libertad de rotación. Lo más común es encontrarlos en el espacio formando ángulos de 111º, ya que es la posición de mínima energía. 6. Son ácidos débiles, que reaccionan con los alcoholes para formar ésteres. Siendo resistentes a la oxidación, halogenación y reducción. 7. Se pueden unir a bases de sodio y potasio formando sales denominadas “ja­bones”.

Ácidos grasos insaturados Se caracterizan por presentar dobles o triples enlaces; los más abundantes son los que tienen dobles enlaces. Los más importantes son: Con un doble enlace: CnH2n ‑ 2O2, considerados de la serie oleica: • ácido • ácido • ácido • ácido

miristoleico: H3C   (CH2)3   CH   CH   (CH2)7   COOH; C14:1(9) palmitoleico: H3C   (CH2)5   CH   CH   (CH2)7   COOH; C16:1(9) oleico: H3C   (CH2)7   CH   CH   (CH2)7   COOH; C18:1(9) nervónico: H3C   (CH2)7   CH   CH   (CH2)13   COOH; C24:1(15)

Con dos dobles enlaces: CnH2n ‑ 4O2, considerados de la serie linoleica. • ácido linoleico: H 3 C   (CH 2 ) 4    CH   CH   CH 2    CH   CH   (CH 2 ) 7   COOH; C18:2(7‑12) Con tres dobles enlaces: CnH2n ‑ 6O2, considerados de la serie linolénica. • ácido linolénico: H3C   (CH2)2   CH   CH   CH2   CH   CH   CH2   CH  CH   (CH2)7   COOH; C18:3(9‑12-15)

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Con cuatro dobles enlaces: CnH2n ‑ 8O2, considerados de la serie araquidónica. • ácido araquidónico: H 3C   (CH 2) 2   CH   CH   CH 2   CH   CH   CH 2  CH   CH   CH2   CH   CH   (CH2)7   COOH; C20:4(5‑8-11-14) La fórmula desarrollada del ácido oleico, por ejemplo es:                                            OH                                               H3C       CH2   CH2   CH2   CH   CH    CH2   CH2   CH2   C   O                                                                                CH2   CH2   CH2   CH2                CH 2   CH2   CH2   CH2 Los dobles enlaces siempre se encuentran en posición “malónica”, es decir, siempre distantes tres átomos de carbono (tabla 6.2). Tabla 6.2. Algunos ácidos grasos insaturados que hay en la naturaleza. Símbolo

Fórmula estructural

Nombre común

Presente en

P.D.F. (ºC)

Con una insaturación [CnH 2n – 2O 2] Aceite de crotón

04:1D2

CH3   CH   CH   COOH

12:1D9

CH3   CH2   CH   CH   (CH2)7   COOH

Lauroleico

Leche

14:1D9

CH3   (CH2)3   CH   CH   (CH2)7   COOH

Miristoleico

Leche

16:1D9

CH3   (CH2)5   CH   CH   (CH2)7   COOH

Palmitoleico

Animales de sangre fría

-0,5

16:1D9TRANS

CH3   (CH2)5   CH   CH   (CH2)7   COOH

Palmitoleico

18:1D9

CH3   (CH2)7   CH   CH   (CH2)7   COOH

Oleico

Animales y vegetales

13,4

18:1D9TRANS

CH3   (CH2)7   CH   CH   (CH2)7   COOH

Elaídico

18:1D11

CH3   (CH2)5   CH   CH   (CH2)9   COOH

Vacénico

Mantequilla

CH3   (CH2)7   CH   CH   (CH2)13   COOH

Nervónico

Tejido nervioso

24:1D

15

Crotónico

Con más de una insaturación 18:2D

9,12

18:3D9,12,15

CH3   (CH2)4   CH   CH   CH2   CH   CH   (CH2)7   COOH

Linoleico

Pescado, huevo vegetales

CH3   CH2   CH   CH   CH2   CH   CH   CH2   CH   CH   (CH2)7   COOH

Linolénico

Fosfolípidos, pescado

‑11

Araquidónico

Cerebro, hígado

‑49,5

20:4D5,8,11,14 CH3   (CH2)4   (CH   CH   CH2)4   CH2   CH2   COOH

‑5

Las propiedades son: 1. Con la misma longitud, el punto de fusión es más bajo en los insaturados en comparación con los saturados.

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2. La configuración estructural, al ser los dobles enlaces rígidos, carecen de capacidad para rotar, lo que les confiere una isomería especial, por ejemplo el ácido oleico se presenta en configuración cis, si se transforma en su isómero trans, se convierte en el ácido elaídico. El punto de fusión es más bajo en los isómeros cis. 3. Son más lábiles que los saturados, pueden también formar ésteres por reacción con un alcohol. 4. Como los saturados pueden formar “jabones”, por combinación con sodio o potasio.

Ácidos grasos esenciales Son aquellos que hay que ingerir necesariamente en la dieta. En el ser humano son las series del ácido linoleico, linolénico y araquidónico.

I. Acilgliceroles o glicéridos Estos lípidos complejos son ésteres de ácidos grasos con un trialcohol que es la glicerina (propanotriol). Los compuestos con un ácido graso esterificado constituyen los monoacilgliceroles, con dos ácidos grasos, diacilgliceroles y con tres son los triacilgliceroles (figura 6.1). Cuando son líquidos a temperatura ambiente se les denomina aceites y si son sólidos forman las grasas.                                       O                                        CH2   OH                      CH 2   O   C   R                                 CH   OH  +  HOOC   R      C   OH          +  HOOC   R′                                   H 2O CH2   OH                      CH 2OH

H 2O

  g licerina                   monoacilglicérido                  O                                   O                                                                     CH2   O   C   R                        CH 2   O   C   R                             O                                         O                                                               CH   O   C   R′  +  HOOC   R′′      CH   O   C   R′                                                        O H 2O                                                                        CH2OH                               CH 2   O   C   R′′          Diacilglicérido                        Triacilglicérido

FIGURA 6.1. Estructura de los mono, di y triacilglicéridos.

Los mono y los diacilglicéridos se encuentran en cantidades pequeñas y aparecen en gran medida como intermediarios metabólicos en la biosíntesis y degradación de otros lípidos que contienen glicerol. La mayor parte de ácidos grasos del cuerpo humano aparecen como triacilgliceroles, siendo estos los

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principales componentes de grasa en los animales, sobre todo en los adipocitos de los vertebrados. En los vegetales se encuentran en las semillas y en algunos frutos.

Formación de jabones                      O                       CH2   O   C   R                       O                         CH   O   C   R′ +  3 KOH                        O                          CH2   O   C   R′′ triacilglicérido

CH2   OH

R   COOK

CH   OH + R′   COOK CH2   OH

R′′   COOK

glicerina sales potásicas (“jabones”)

Las propiedades de los acilglicéridos o gliceroles son: 1. Insolubles en agua y solubles en disolventes apolares, es decir son moléculas anfipáticas. 2. Su punto de fusión viene determinado por el número de carbonos y grado de saturación de los ácidos grasos, la base de esto es el peso molecular, ya que cuanto más se eleva más sube el punto de fusión. 3. La configuración estructural en estado líquido de un triacilglicérido, depende de la cadena de glicerol. Las tres cadenas de los ácidos grasos forman entre sí un ángulo de 120º aproximadamente. Cuando se cristalizan, adquieren forma de diapasón. H 3C CO   O   CH2                       CH   O   CO           CO   O   CH2

CH3

H 3C 4. La hidrólisis de los glicéridos se realiza calentando en presencia de ácidos fuertes o por acción de enzimas específicos, como las lipasas pancreáticas. La hidrólisis de los triacilgliceroles es una reacción inversa a la esterificación y pasa por fases intermedias de di y monoacilglicéridos siendo también reversible. Cuando la hidrólisis se realiza con álcalis, principalmente sosa o potasa, se denomina saponificación y da una

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mezcla de “jabones” (sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos) más glicerina. Esta reacción también es reversible. En las grasas animales predominan los ácidos palmítico y esteárico y en los vegetales el ácido oleico y linoleico. La alteración natural más frecuente de las grasas es el “enranciamiento”, es decir se produce una hidrólisis parcial por el calor y la humedad, una oxidación de los ácidos grasos insaturados a aldehídos y cetonas y otra oxidación en este caso por fermentación con la formación de nuevas cetonas. La alteración artificial más utilizada en la industria es la hidrogenación parcial para la obtención de las margarinas. La caracterización de las grasas se consigue a través de los siguientes pasos: 1. Separación 2. Identificación. 3. Determinación cuantitativa de sus componentes. Los principales métodos de identificación son: el índice de saponificación de HEHNER, índice de iodo de HUBL, cromatografía en capa fina o gas-líquido, índice de ácidos grasos volátiles de REICHERT-MEISSL, índice de acidez e índice de acetilo.

II. Fosfoglicéridos Estos compuestos tienen como componente básico una molécula de glicerol con la que se esterifica un ácido fosfórico en el carbono α y dos ácidos de cadena larga en los carbonos 1 y 2 restantes (figura 6.2).                  CH2O   OC   R′                              O          CHO   OC   R′′                     ‑ O   P   O   CH2                 OX fosfoglicérido o glicerofosfolípido

X, grupo sustituyente de cabeza. Cuando X   H, el compuesto es el ácido fosfatídico.

FIGURA 6.2. Estructura base de los fosfoglicéridos.

Dentro de este grupo existen a su vez subgrupos:

Ácido fosfatídico Es el compuesto origen de la serie de los glicerofosfolípidos. Su estructura corresponde con la mostrada en la figura 2, donde X es un grupo hidróxilo. Habitualmente el primer ácido graso es saturado y el segundo es insaturado.

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Fosfatidil colina También denominadas lecitinas. Su estructura es la de la figura 2, donde X es la colina (figura 6.3‑a). No tiene carga neta a pH próximos a la neutralidad (fisiológicos) y los ácidos grasos que la forman suelen ser uno saturado, generalmente esteárico o palmítico y otro insaturado, oleico o linoleico. La lecitina es un ion híbrido por tener la colina carga positiva por el amonio cuaternario y el ácido fosfórico carga negativa; gracias a ello, puede actuar como coloide protector con poder emulsionante. Las lecitinas están presentes en la yema del huevo, mucosa intestinal, sistema nervioso y corteza adrenal, las diferencias entre ellas se debe a los distintos ácidos grasos que las forman.                         CH3 + Colina HO   CH2   CH2   N   CH3                        CH3 Etanolamina

+ 

HO   CH2   CH2  N H3

                          H                               Serina OH   CH2   C   C   OH                                                                      H 3N+      O H H

Inositol

HO

(A) (B) (C)

H

OH HO OH OH

H H

H

OH

(D) 

FIGURA 6.3. Estructura de los distintos alcoholes constituyentes de los fosfoglicéridos.

Las lecitinas son hidrolizadas por enzimas denominados fosfolipasas o lecitinasas de los que se conocen cuatro tipos: la lecitinasa A 1 rompe el enlace éster entre el ácido graso de la poción 1 y el grupo alcohol de la glicerina. El compuesto resultante de esta primera hidrólisis se conoce como lisolecitina, la cual tiene gran poder hemolítico. La fosfolipasa A 1 es muy abundante en el veneno de las serpientes. La lecitinasa o fosfolipasa A2 actúa sobre la lisolecitina separando el segundo ácido graso, esta fosfolipasa se encuentra en el grano del arroz. Algunos autores consideran una lecitinasa denominada B que es la suma de la A1 y A2. Por último la lecitinasa C separa la unión entre el ácido fosfórico y la glicerina.

Fosfatidil etanolamina También se conocen con el nombre de cefalinas. En esta estructura X es la etanolamina (figura 6.3‑b). A pH fisiológicos no tiene carga neta y adoptan la

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forma de iones dipolares (zwiteriones). Como ácidos grasos tiene en la posición 1 ácidos grasos saturados como el palmítico y el esteárico y en la posición 2 contiene una mayor proporción de ácidos grasos insaturados de cadena larga. Es un componente de las membranas celulares que se encuentran en algunas lipoproteínas y en el cerebro. Puede transformarse en fosfatidil serina en una reacción dependiente de calcio, catalizada enzimáticamente en la parte citosólica del retículo endoplásmico. También se puede transformar en fosfatidil colina mediante 3 metilaciones sucesivas del átomo de nitrógeno.Su hidrólisis es llevada a cabo por acción de las fosfolipasas, rindiendo cada uno de los componentes que la forman de manera semejante a las lecitinas.

Fosfatidil serina En este caso X es una molécula de serina (figura 6.3‑c). A pH fisiológico tiene una carga neta de ‑1, por tanto puede considerarse como un fosfoglicérido ácido. La fosfatidil serina se puede transformar en fosfatidil etanolamina mediante la eliminación del grupo carboxilato por acción de la fosfatidil serina descarboxilasa en la mitocondria.

Fosfatidil inositol Es un fosfoglicérido ácido donde X es una molécula de inositol (figura 6.3‑d). No es muy usual y contiene casi exclusivamente ácido esteárico en la posición 1 y ácido araquidónico en la posición 2. Su función además de su papel como componente estructural de las membranas celulares y como fuente de ácido araquidónico para la síntesis de prostaglandinas y leucotrienos también se utiliza para anclar algunas glucoproteínas a la superficie de la membrana plasmática de las células.

Fosfatidildiglicerol o difosfatidil glicerol También denominado cardiolipina. Está constituido por 2 moléculas de ácido fosfatídico unidas covalentemente a través de una molécula de glicerol (figura 6.4). Es un fosfoglicérido muy ácido ya que tiene carga ‑2 a pH neutro.                        O                   O                                                      H2C   O   C   R1        H2C   O   P   O   CH2           O                                                    O                                                   O‑                         R2   C   O   C   H       HO   C   H           HC   O   C   R3                          O                                                                               H2C   O   C   R4                H2C   O   P   O   CH2                                                                            O                         O ‑

FIGURA 6.4. Estructura de las cardiolipinas.

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Es muy abundante en el músculo cardíaco, y a nivel celular está preferentemente localizado en la membrana interna de las mitocondrias y en la membranas bacterianas. Tiene propiedades inmunológicas y se puede emplear para el diagnóstico serológico de la sífilis.

Factor de activación plaquetario Es un fosfolípido inusual y su estructura esta representada en la figura 6.5. Constituye uno de los principales mediadores de los procesos alérgicos, las reacciones inflamatorias agudas y el shok anafiláctico. Este compuesto no se almacena sino que es sintetizado y liberado cuando los leucocitos polimorfonucleares (basó          O     H2C   O   CH2   (CH2)16   CH3 filos, neutrófilos y eosinófilos)                      CH3   C   O   C   H   O son estimulados. Además afecta                                   +             H2C   O   P   O   CH2   CH2  N(CH3)3 a la agregación plaquetaria,                                  ‑ provoca cambios cardiovascula                                O res y pulmonares, edema, hipoFIGURA 6.5. Estructura del factor de activatensión y quimiotaxis de las céción plaquetario. lulas polimorfonucleares.

Plamalógenos Son los glicerol éter fosfolípidos, en los que una cadena alifática larga se une mediante un enlace éter al glicerol en la posición 1 (figura 6.6). Son frecuentes en las membranas, los que contienen etanolamina y colina esterificados con el fosfato son muy abundantes en el sistema nervioso y en el corazón pero no en el hígado. La función biológica es todavía desconocida, sin embargo, en una enfermedad letal heredada genéticamente denominada síndrome de Zellweger, las membranas de las células del hígado y cerebro son deficientes en       O     H2C   O   CH   CH   (CH2)15   CH3 plasmalógenos, esta deficiencia con                     R2   C   O   C   H    O duce a la muerte prematura de los                                               H 2C   O   P   O   R recién nacidos, de esta forma aun                               que no podamos asignar de forma                          O‑ definitiva una función parece que FIGURA 6.6. Estructura de los plasmalóson necesarios para un desarrollo genos. embrionario normal.

III. Esfingolípidos El aminoalcohol esfingosina (figura 7) constituye la base de otra serie de lípidos de membrana.

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                            NH2                                 H3C   (CH2)12   CH   CH   CH   CH   CH2OH                                                   OH

FIGURA 6.7. Estructura de la esfingosina.

Dentro de este grupo también hay distintos subgrupos:

Ceramidas Es la esfingosina con un ácido graso de cadena larga unido al grupo amino mediante un enlace amida. Constituye la base estructural para el resto de los grupos pertenecientes a los esfingolípidos.

Esfingomielinas Están formados por esfingosina, un ácido graso, generalmente de cadena larga, ácido fosfórico y colina. Es decir, contienen fosforil colina esterificando el hidróxilo número 1 de las ceramidas (figura 8). Es el esfingolípido más abundante en los tejidos de los mamíferos. Al conjunto de las esfingomielinas y los fosfoglicéridos se las denomina en otras clasificaciones como FOSFOLÍPIDOS. Es una ceramida-fosfocolina, ya que es el único esfingolípido que contiene ácido fosfórico, contiene una carga negativa y una positiva considerándolo por tanto como un lípido neutro a pH fisiológico. Las distintas esfingomielinas se diferencian entre sí por el ácido graso componente, siendo este generalmente el ácido esteárico o el ácido lignocérico. Se encuentra en membranas celulares, siendo muy importantes en el sistema nervioso, en el hígado y en la médula ósea. Las esfingomielinas de la mielina contienen principalmente ácidos grasos de cadena más larga, como el lignocérico y nervónico, mientras que la de la sustancia gris contiene mayoritariamente ácido esteárico. En la enfermedad de Niemann-Pick, se producen acumulaciones excesivas de esfingomielinas.

       CH3             + CH3   N    CH3                    CH2                    CH2                  O   P   O‑                    O                    CH2                 H   C   NH                             H   C   OH  C   O                           HC         R                    CH                    (CH2)12                    CH3

FIGURA 6.8. Estructura de las esfingomielinas.

Glucoesfingolípidos No contienen fosfato, pero si un azúcar unido mediante enlaces β‑glucosídicos al hidroxilo 1 de la esfingosina en las ceramidas. A su vez se pueden dividir en:

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a) Cerebrósidos

Contienen glucosa (glucocerebrósidos) o galactosa (galactocerebrósidos) (figura 6.9‑a). En ambos casos son compuestos neutros. Dentro de ellos un grupo serían los denominados globósidos, los cuales contiene dos azúcares: galactosa y glucosa o N‑acetilglucosamina, también existen los sulfátidos o sulfogalactocerebrósidos, que son un éster de ácido sulfúrico del galactocerebrósido. A menos que se indique lo contrario el término genérico de cerebrósido se refiere a los galactocerebrósidos.

H2COH HO H H OH H

            H            OH                    H2C   C   CH O                              O      NH          CH                                   C   O    CH H           H                     (CH2)16   (CH2)12                                      CH3        CH3 OH

(A) H2COH              HCOH

   H3C           H O   C O           COH COO6        HN H H H H OH

H

CH2OH O HO H

O

CH2OH O H

H H

H O

H           NH           H3C   C   O

H

H OH

H H OH

CH2OH O H H O

OH H

O   CH2         O                       H H        HC   N   C   R1                H        HC   ON OH                 R2

(B)

FIGURA 6.9. Estructura de un cerebrósido (A) y un gangliósido (B).



Los galactocerebrósidos se encuentran predominantemente en el cerebro y en el tejido nervioso. Los ácidos grasos que los constituyen tienen fundamentalmente 24 carbonos, y según sea este ácido, forma los distintos cerebrósidos, así tenemos: Cerasina (ácido graso = Lignocérico), Frenosina (Cerebrónico), Nervona (Nervónico) e hidroxinervona (hidroxinervónico).



Su síntesis y degradación en el cerebro pasa a través de un metabolito intermedio que es la Psicosina, que está formada por la esfingosina y galactosa y que es muy importante para la transmisión nerviosa.

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264

Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

b) Gangliósidos

Son lípidos complejos de gran tamaño, se caracterizan por tener ácido siálico, principalmente el ácido N‑acetil-neuramínico (NANA), esfingosina, un ácido graso, varias hexosas (galactosa o glucosa) y N‑acetil-galactosamina (figura 6.9‑b). Los principales gangliósidos cerebrales son GM1, GD1a, GD1b y GTIb, existen otros gangliósidos como el gangliósido de Tay-Sach o GM2, y el GQ1b. Los subíndices M, D, T y Q indican mono, di, tri, tetra ácidos siálicos contenidos en el gangliósido, y los números 1,2,3 indican la secuencia glucídica que está unida a la ceramida así: 1, Gal-GalNAc-Gal-Glc-ceramida; 2, GalNAc-Gal-Glc-ceramida y 3, GalGlc-ceramida.



Estas sustancias están concentradas en gran cantidad en las células ganglionares del sistema nervioso central especialmente en las terminaciones nerviosas. Se cree que los gangliósidos son receptores de agentes tóxicos, tales como la toxina del cólera, la toxina tetánica y ciertos virus como el de la gripe. Varias enfermedades de almacenamiento de lípidos implican acumulación de gangliósidos (con glucosa), denominándose gagliosidosis (GM1) y enfermedad de TAY-SACHS (G M2). La GM1 es una enfermedad metabólica autosómica recesiva, caracterizada por retraso mental, función psicomotora afectada, hepatoesplenomegalia y muerte en los primeros años de vida, la acumulación cerebral y visceral masiva del gangliósido GM1 se debe a una deficiencia en la β‑galactosidasa.

IV. Lipoproteínas Son lípidos asociados a ciertas proteínas específicas. Según su función fisiológica, se dividen en: a) Lipoproteínas de membrana que son importantes para el mantenimiento estructural de la célula. b) Lipoproteínas transportadoras que actúan de vehículos para el transporte de lípidos por el torrente sanguíneo. Su estructura es micelar. En la parte interna (apolar) se sitúan los lípidos apolares como los trigliacilglicéridos o los ésteres de colesterol, y alrededor (zona polar) se disponen lípidos anfipáticos como los fosfolípidos. En esta estructura micelar existen proteínas integradas llamadas apoproteínas. Estas proteínas se insertan parcialmente en la zona apolar porque existen fuertes interacciones entre las zonas hidrofóbicas de la proteína y los restos acilo de los fosfolípidos. Las lipoproteínas se clasifican según su densidad en: • QM (quilomicrones): de menor densidad lipoproteica. • VLDL: de muy baja densidad lipoproteica.

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Estructura de lípidos

265

• IDL: de densidad intermedia lipoproteica. • LDL: de baja densidad lipoproteica. • HDL: de alta densidad lipoproteica. • VHDL: de muy alta densidad lipoproteica. En la siguiente tabla se recogen las funciones de cada una de ellas así como su origen y las apoproteínas que las componen (Tabla 6.3).

V. Ceras Son también ésteres; su componente alcohólico no es la glicerina ni la esfingosina, con alcoholes monovalentes de cadena lineal y elevado número de átomos de carbono. Son lípidos que se encuentran recubriendo la piel, pelo y plumas, sobre las hojas y frutas y sobre el oxoesqueleto de insectos. La cera de las abejas es una mezcla de lípidos entre los que está la miricina, que es un éster de ácido palmítico y el alcohol miricílico. La cera Carnauba está formada por ácidos grasos de 26 a 30 carbonos y recubre las hojas de los frutos vegetales. Otras ceras forman parte de la lanolina. Los principales componentes son: • Alcoholes: Cetílico (16C), octadecílico (18C), Araquílico (20C), Cerílico (26C), miricílico (30C). • Ácidos grasos: Palmítico (16C), cerótico (26C) y melísico (30C).

B) Lípidos insaponificables o sencillos  I. Prostaglandinas, leucotrienos y tromboxanos Derivan de los ácidos grasos esenciales, de 20 átomos de carbono y todos tienen el esqueleto del ácido prostanoico (figura 6.10). Se sintetizan en todas las células del organismo menos en los eritrocitos de los organismo superiores, también se han encontrado en los animales inferiores y en las plantas. Más que hormonas, se las considera como “Ciberninas” porque su acción es esencialmente local y me1 nos general, su liberación celular es COOH constante sin que haya una fase de al10 macenamiento. Se metabolizan en el híCH3 20 gado y pulmón teniendo una vida media muy corta (5‑10 minutos) y su acción se FIGURA 6.10. Estructura del ácido realiza a través del AMP y GMP cíclicos. prostanoico. Se descubrieron gracias a su acción so-

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1-3

3-5

6-9

 [E]0, por lo que se puede escribir que [S] ‑ [ES] ≅ [S]. Para poder deducir la ecuación de Michaelis-Menten, se hace necesario apoyarse en la teoría del “estado estacionario” de Briggs y Haldane, que establece que [ES] permanece constante durante todo el tiempo que dura la reacción; [ES] se forma durante un único proceso: [E] + [S]  

k1

  [ES]

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Enzimología

307

[ES] se descompone mediante dos procesos: [ES]  

k3

  [E] + [P]      y      [ES]  

k2

  [E] + [S]

siendo la velocidad de formación de [ES] = k1 [E] [S] y la velocidad de descomposición de [ES] = k2 [ES] + k3 [ES] = (k2 + k3) [ES]. En el estado estacionario se cumple que: d [ES] =0 d t ecuación en la que t = tiempo en minutos, que se puede escribir en términos de constantes de velocidad y concentraciones: k1 [E] [S] = (k2 + k3) [ES] o bien despejando [ES] [ES] =



k1 [E] [ES] (k2 + k3)

(3)

La relación entre las tres constantes puede expresarse en términos de una única constante: Km o constante de Michaelis-Menten, (k2 + k3) / k1. Así para algunos enzimas km es un índice de la afinidad del enzima por su sustrato. La velocidad de la reacción, v, se puede medir también como el incremento de (P) en función del tiempo o d (P) / d t, que a su vez es proporcional según k3 a la concentración de [ES], por lo que: v=



d (P) = k3 [ES] d t

(4)

de (3) y (4) queda que: v=

k3 (E)0 = k3 [ES] 1 + km  / (S)

puesto que [E] no puede medirse directamente y es necesario deducirla de la expresión (2); dado que k3 [E]0 = Vmáx (el valor de v cuando todo el enzima está bajo la forma [ES]), podemos escribir:

v=

Vmáx 1 + km  / (S)

(5)

que es la ecuación de Michaelis-Menten. Verifica por sí misma la variación de (S) desde  Km, variación que afecta a la velocidad, v, tal como se puede observar en la figura 7.1 y que para valores muy bajos de [S], se cumple que v ≅ (Vmáx / Km).

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

La estequiometría de (1) es tal que S → P (Uni-Uni). Algunos enzimas catalizan reacciones en las que la estequiometría es más compleja, tal como que S → P1 + P2 (Uni-Bi), S1 + S2 → P (Bi-Uni), así como S1 + S2 → P1 + P2 (Bi-Bi). La sencilla ecuación de Michaelis-Menten es también válida para estas reacciones más complejas aunque con diferencias en sus mecanismos de reacción. La ecuación de Michaelis-Menten puede modificarse de diversas formas que permiten obtener no una gráfica hiperbólica cuando se estudia la velocidad de una reacción catalizada por un enzima frente a la concentración de sustrato disponible en el tiempo, sino una relación lineal entre ambas variables. Es lo que se define como transformaciones lineales de la ecuación de MichaelisMenten y que presenta una serie de ventajas cuando se estudia la cinética enzimática: V máx y Km pueden así determinarse con más facilidad, diversas alteraciones de la ecuación MM pueden igualmente detectarse con mayor rapidez e igualmente los efectos de los inhibidores pueden analizarse con mayor exactitud. Las tres linealizaciones más comunes de la ecuación de Michaelis-Menten son: la de las dobles recíprocas o ecuación de Lineweaver-Burk 1 K 1 1 = m  ·  + Vmáx [S] Vmáx v la que estudia “v” frente a v / S ó ecuación de Eadie-Hofstee v = ‑Km 

1 + Vmáx [S]

y la que estudia [S] / v ó ecuación de Hanes-Woolf [S] K [S] = m + Vmáx v Vmáx Experimentalmente, la velocidad inicial, v, se mide para cada concentración del sustrato, [S], y las variables se representan según la figura 7.2. Las dobles recíprocas o representación de Lineweaver-Burk, es la que más frecuentemente se utiliza.

Inhibición enzimática  Los inhibidores irreversibles, tales como los iones de metales pesados son “venenos” catalíticos que reducen la actividad enzimática a cero. Los inhibidores reversibles, forman complejos con el enzima por lo que alteran la cinética de la reacción; así los inhibidores competitivos aumentan la Km , los inhibidores no competitivos reducen la Vmáx y los inhibidores incompetitivos reducen la Km y la Vmáx en la misma proporción.

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Enzimología

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I / V

V

tg a = ‑Km tag a = Km / Vmáx ‑1 Km

Vmáx / Km 1 / Vmáx 0

I / [S]

0

linealización de Lineweaver-Burk

v / [S] linealización de Eadie-Hofstee



(A)

(B)

[s] / V

tg a = 1 / Vmáx ‑Km Km  / Vmáx 0

[S]

linealización de Hanes-Woolf

(C) FIGURA 7.2.

Un inhibidor competitivo I, compite con el sustrato S, porque se une al centro activo del enzima. Para una reacción sencilla (Uni-Uni), la secuencia de la reacción (1) se altera de la siguiente forma:

I + E + S  

k1

  ES  

k2 k6

k3 k4

  E + P

(6)

k5

                                                           EI Lo que trae como consecuencia que al deducir la ecuación de Michaelis-Menten en presencia de un inhibidor competitivo, la expresión (2) se hace necesario reemplazar por: [E]0 = [ES] + [EI] + [E]

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

sustituyendo esta expresión en la deducción de la ecuación de Michaelis, transforma la expresión (5) en: v=

Vmáx Km [I] 1+ 1+ [S] K1

K1 =

donde:

k6 [E] [I] = k5 [EI]

La Km aparente está por ello aumentada en el factor (1 + [I] / K1). El efecto de la inhibición competitiva sobre la determinación gráfica de Km y de Vmáx se puede observar en la figura 7.3. 1 / V

Vmáx

[I]

tg a = ‑Km [I] = 0 [I] = 0 [I] tg a = ‑Km (1 + [I] / Ki)

0 ‑1 K′m

‑1 = K′m

1 / [S]

0

v / [S] (B)

‑1 K m  1 +

[I] Ki



(A)

[S] / V [I]

[I] = 0

tg a = 0 ‑Km  1 +

[I] Ki

1 Vmáx [S]

‑Km (C)

FIGURA 7.3. Efecto de la inhibición competitiva según (A)  Lineweaver-Burck; (B) ­Eadie-Hofstee; y (C) Hanes-Woolf..

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Enzimología

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Un inhibidor no competitivo, I, se une al enzima de forma independiente a como lo hace S. El complejo ESI, así formado es catalíticamente inactivo. En presencia del inhibidor I, siempre algo del enzima está bajo la forma ESI aun cuando el sustrato esté a concentraciones de saturación. El valor de la Km bajo estas condiciones no cambia porque para cualquier concentración del inhibidor, la forma enzimática que puede combinarse con S (E y EI) tiene la misma afinidad por S. Dado que en este tipo de inhibición: (E0) = (ES) + (EI) + (E) + (ES) al sustituir esta expresión en la ecuación de M.M. la expresión 5 queda de la forma: Vmáx  [S] 1 + I / kc v= Km + [S] por lo que en condiciones de inhibición no competitiva, la Vmáx disminuirá en la expresión (1 + 1 / kc), siendo kc la constante de equilibrio de las reacciones que conducen a la formación del complejo EI: kc =

(E) (I) (ES) (I) = (EI) (ESI)

en el esquema de este tipo de inhibición no competitiva: k1

I + E + S     ES   k2        +          +         I          I k5

k4

k6

k3 k4

  E + P

k5

                    EI + S   ESI

Enzimas reguladores  Los enzimas reguladores son siempre proteínas oligoméricas que normalmente no cumplen la clásica cinética de Michaelis-Menten. Sus constantes cinéticas Km y kc, pueden sufrir alteraciones por la unión específica a pequeñas moléculas llamadas “efectores”. Los enzimas reguladores tienen sitios específicos de unión para dos clases de ligandos: un sitio catalítico por el que se unen al sustrato específico y un sitio regulador o alostérico por el que se unen a diversos efectores. La unión de un efector al sitio regulador cambia la conformación del enzima y de esta manera altera las propiedades cinéticas del sitio catalíti-

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

co. Los enzimas reguladores alostéricos son generalmente oligómeros de diversas subunidades o protómeros iguales ó distintos que conforman una estructura cuaternaria. Los enzimas reguladores, normalmente se hallan en puntos clave de las diversas vías metabólicas y así regulan en las células la velocidad de las reacciones limitantes de una vía en respuesta a cambios en la concentración de los metabolitos relacionados. Si el sustrato de un enzima regulador actúa como un efector, se dice que tiene lugar un “efecto homotrópico”. Si es otra molécula, generalmente de pequeño tamaño distinta al sustrato, la que actúa como un efector, su efecto se conoce como “heterotrópico”. La unión del sustrato al enzima, da como resultado siempre que se favorezca la unión de más moléculas de sustrato al centro catalítico del enzima, así la unión de la primera molécula de sustrato favorece la unión de la siguientes. Esto es lo que se conoce como unión cooperativa, que da como resultado una dependencia sigmoidal de “v” con respecto a [S], tal como se puede observar en la figura 7.4; Vmáx y Km para estos enzimas puede determinarse empíricamente, pero no están relacionadas mediante la ecuación de Michaelis-Menten. Los efectores heterotrópicos alteran la curva que relaciona “v” y [S] tal como se describe en la figura 7.5. En la mayoría de los enzimas reguladores estos efectores, si son positivos, aumentan la afinidad del enzima para su sustrato (disminuye la Km); mientras que si los efectores son negativos la disminuyen, no afectando en ningún caso a la Vmáx tal y como se puede ver en la figura 7.5.

Vmáx

Vmáx

(b)

(a)

Vmáx / 2

Km

[S]

[S]

FIGURA 7.4. Efecto homotrópico: v se representa frente a [s] para una reacción catalizada por un enzima regulardor.

(c)



FIGURA 7.5. Efectos hetero-trópicos: v se representa frente a [s] en presencia de efectores activadores (b) e inhibidores.

Ahora bien, hay otra clase de enzimas reguladores (figura 7.6), que producen una unión no cooperativa al sustrato alterando la kc y como consecuencia se altera la Vmáx mientras que no se modifica la Km.

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La conducta cinética de la mayoría de los enzimas reguladores puede estudiarse mediante una modelo sencillo (representado en la figura 7.7), y que tiene las siguientes propiedades: 1. El enzima puede existir en cada uno de los dos estados conformacionales, uno de ello T (estado no funcional: Km aumentada) y R (funcional: Km baja). Los dos estados T y R están en equilibrio en ausencia de sustrato, siendo la constante de equilibrio Keq = [R] / [T], siendo [R] la concentración del enzima que está en la forma funcional y [T] la concentración del enzima que está en la forma T.

V

[S]

FIGURA 7.6. Efectos heterotrópicos: v se representa frente a [s] para un enzima regulador que altera la kc de la reacción.

2. Un cambio en el estado de conformación, altera las propiedades de los sitios de unión y así unos ligandos se unen preferentemente a una conformación del oligómero, mientras que otros se unen preferentemente a la otra, por ello la unión de un ligando a una conformación concreta, provocará el desplazamiento del equilibrio hacia la conformación con el ligando unido. 3. Los efectores que se unen preferentemente a la forma R (figura 7.7), cambian el equilibrio hacia la derecha, aumentando así la fracción de moléculas funcionales y en consecuencia activando el enzima. Los efectores que se ligan preferentemente a la forma T, desplazan el equilibrio hacia la izquierda, aumentando la fracción de moléculas en estado conformacional T y por ello inhibiendo al enzima. ei

Estado T

Estado R

eA

FIGURA 7.7. Modelo que representa un enzima regulador. El enzima está representado como un tetrámero formado por 4 subunidades idénticas que pueden existir tanto en forma T (círculo) como en forma R (cuadrados); eA y ei representan respectivamente efectos activadores e inhibodores.

Los efectos reguladores arriba explicados no están limitados únicamente a los enzimas. La unión cooperativa del O2 a la hemoglobina y el efecto del ion H+ sobre esta unión son ejemplos típicos de efectos reguladores cooperativos y heterotrópicos respectivamente sobre una proteína transportadora de oxígeno.

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Coenzimas  Diversos enzimas sólo catalizan las reacciones de los sustratos en presencia de una molécula orgánica específica, pequeña, y termoestable, de bajo peso molecular llamada coenzima. En un sistema en el cual se requieren coenzimas, la entidad catalítica u “holoenzima”, consiste por tanto en una parte proteica o “apoenzima” más una “coenzima”. Un coenzima particular se puede unir en forma covalente o no covalente al apoenzima. Entre las reacciones que requieren coenzimas están las óxido-reducciones, las reacciones de transferencia de grupo e isomerización y las reacciones que forman enlaces covalentes. A menudo es útil considerar al coenzima como un segundo sustrato; esto es así por dos razones. En primer lugar los cambios químicos en el coenzima compensan exactamente a los que realizan en el sustrato. Por ejemplo en las reacciones e óxido-reducción (deshidrogenasa), una molécula de sustrato es oxidada (deshidrogenada) y una molécula de coenzima es reducida (hidrogenada). Una segunda razón para dar igual énfasis a las reacciones del coenzima es que, en realidad, este aspecto de la reacción es el que puede ser de significado fisiológico fundamental. Por ejemplo, la importancia de la capacidad del músculo que trabaja en medio anaeróbico para convertir el piruvato en lactato no reside en el piruvato ni en el lactato mismos, sino en la conversión resultando del NADH en NAD+. Sin NAD+ la glucólisis no puede continuar y la síntesis aerobia de ATP (y por lo tanto el trabajo) tiene que cesar. En condiciones anaerobias, la reducción del piruvato a lactato reoxida el NADH y permite la síntesis de ATP. Todas las vitaminas hidrosolubles, excepto la vitamina C, actúan como coenzimas en el metabolismo intermediario y así son coenzimas: Coenzima A ó CoA, conocido también abreviadamente como HSCoA, es el transportador universal de los grupos acilo (R   COO‑), a través de unirse mediante la formación de un enlace tioéster altamente energético (∆G′0 de hidrólisis ≅ 37.6 kjulios / mol). El CoA deriva de la vitamina conocida con el nombre de ácido pantoténico. Pirofosfato de Tiamina (TPP), derivado de la vitamina B 1 o tiamina, es un coenzima que se requiere para la descarboxilación de los α‑cetoácidos. Está también relacionado con algunas reacciones de transferencia de derivados de aldehídos, tales como las reacciones de transcetolización en la vía del fosfogluconato. Todas estas reacciones incluyen una etapa en la que el complejo que se forma, de carácter transitorio, establece un enlace con la posición 2 del núcleo tiazólico del TPP, que de forma inestable puede aceptar un par de electrones a través de un átomo de N cuaternario. El ácido lipoico funciona como el oxidante y transportador de grupos acilo en la descarboxilación oxidativa de los α‑cetoácidos. En este procedo el ácido

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lipoico acepta un aldehído desde el TPP y le oxida a grupo ácido. El ácido lipoico está siempre covalentemente unido al grupo ε‑amino de un residuo de Lys formando un grupo prostético en el centro activo de un enzima. Flavin adenin dinucleótido (FAD), deriva de la vitamina B 2 o Riboflavina. Es un coenzima transportador de electrones semejante al NAD+, ahora bien, nunca como un transportador libre, de una proteína enzimática llamada flavoproteína (FP). Así también de forma distinta al NAD+, el FAD acepta dos electrones y dos iones hidrógeno en una típica reacción de óxido-reducción. La conversión de FAD a la forma reducida FADH 2 puede ocurrir en dos etapas, el FAD puede participar en la transferencia de uno o dos electrones en las reacciones químicas en las que participa. La Biotina, que también es una vitamina, se requiere para todas aquellas reacciones de carboxilación que implican la fijación de CO 2 en las células animales y microorganismos. Funciona como grupo prostético ligado a un grupo ε‑amino de un residuo de Lys, y así participa en la activación del CO2 dependiente de ATP. Todas las reacciones en las que participa la biotina están inhibidas por “avina”, una proteína capaz de unirse a la biotina presente en la clara del huevo.

Clasificación de enzimas  La Comisión de Enzimas (EC) de la Unión de Bioquímica (IUB) y la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) propusieron en el año 1972 una clasificación de los enzimas en seis grandes grupos, cuyas diferencias se basaban en la especificidad de reacción de los diversos enzimas. Dentro de cada uno de estos grandes grupos se incluyen subgrupos y más subgrupos basados en especificidad del grupo funcional afectado por la reacción en la naturaleza del coenzima envuelto y finalmente en el sustrato específico transformado. De esa manera un enzima queda incluido en un catálogo y definido por cuatro guarismos, de los cuales el primero indica el tipo de reacción que cataliza, es decir, el gran grupo al que pertenece y los otros restantes datos de especificidad de grupo funcional de coenzima y de sustrato. Existen seis grandes grupos de enzimas: 1. OXIDO-REDUCTASAS: Catalizan reacciones de óxido-reducción. 2. TRANFERASAS: Catalizan transferencia de grupos químicos de un compuesto a otro. 3. HIDROLASAS: Catalizan el desdoblamiento hidrolítico de determinados enlaces. 4. LIASAS: Catalizan la ruptura no hidrolítica de determinados enlaces.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

5. ISOMERASAS: Catalizan cambios geométricos o estructurales dentro de una molécula. 6. LIGASAS: Catalizan la unión de dos moléculas en un proceso acoplado a la hidrólisis de un enlace pirofosfato del ATP o una molécula análoga.

Ejemplos 1.1.1.1. Alcohol: NAD + oxidorreductasa (alcohol deshidrogenasa) 1. Oxidorreductasa (cataliza reacciones de óxido-reductasa). 1. Actúa sobre grupo alcohólico (  CHOH) como donador de e‑. 1. NAD+ o NADP+ como aceptor de e‑. 1. Etanol como sustrato específico. 2.7.1.1. ATP-D-Hexosa-6-fosfotransferasa (hexoquinasa) 2. Transferasa (cataliza transferencia de grupos químicos de una molécula a otra). 7. Transfiere grupos de fósforo. 1. Grupo alcohólico como aceptor. 1. ATP como donador y D-hexosa como aceptor. 3.1.1.7. Acetilcolina hidrolasas 3. Hidrolasa (Cataliza reacciones de hidrólisis). 1. Actúa sobre enlaces ésteres. 1. Actúa sobre ésteres carboxilos. 7. Actúa sobre acetilcolina como sustrato específico. 4.1.1.1. Piruvato Carboxiliasas 4. Liasa (rompe enlaces). 1. Rompe enlace C   C. 1. Separa el grupo CO2. 1. Actúa sobre piruvato como sustrato específico. 5.3.1.1. D‑Gliceraldehído-3-fosfato Ketoisomerasa (Trifosfato isomerasa) 5. Isomerasa (cataliza cambios moleculares). 3. Supone una oxidorreducción intramolecular. 1. Interconversión entre aldosas y cetosas. 1. Triosafosfato como sustrato específico. 6.4.1.1. Piruvato: CO 2 ligasa (forma ADP)-(Piruvatocarboxilasa) 6. Ligasa (establece enlaces con la energía del ATP). 4. Unión C   C. 1. Reacción de carboxilación. 1. Piruvato como sustrato específico.

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Preguntas test 

1 Los enzimas: a Están siempre constituidos exclusivamente por proteínas. b Pueden no tener una fracción proteínica en la molécula. c Pueden tener una fracción no proteínica en la molécula. d Poseen normalmente una fracción de hidratos de carbono en la mo­ lécula. e Poseen normalmente una fracción lipídica en la molécula. 2 Cuando expresamos el número de unidades de enzima que hay en un tejido por mg de proteína, estamos enunciando su: a Índice de recambio. b Su velocidad máxima. c Su actividad específica. d Su concentración molar. e Su especificidad. 3 La especificidad de enlace entre un enzima y su sustrato específico depende: a De la situación exacta de los átomos en la molécula del sustrato. b De la distancia entre los átomos del sustrato y del enzima. c De las mutuas interacciones específicas. d De la disposición exactamente definida de los átomos del centro activo. e De las afinidades entre los distintos tipos de enlace. 4 Una unidad internacional de enzima, es la cantidad de enzima que transforma: a 1 micromol de sustrato cada segundo. b 1 micromol de sustrato cada minuto. c Una molécula de sustrato cada minuto. d Una molécula de sustrato cada segundo. e 1 mol de sustrato cada minuto. 5 Las Liasas catalizan: a La hidrólisis en enlaces CO, CN, CC. b Cambios en la configuración geométrica de una molécula. c La separación de grupos de los sustratos mediante mecanismos no hidrolíticos.

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d La unión de dos compuestos. e La transferencia de un grupo químico entre dos sustratos. 6 Los enzimas que catalizan reacciones de formación de enlaces con escisión de moléculas de ATP pertenecen a la clase de las: a Transferasas.

b Hidrolasas.

d Liasas.

e Isomerasas.

c Ligasas.

7 Un enzima 1.3.7.10, significa que es una: a Transferasa.

b Liasa.

d Oxidorreductasa.

e Ligasa.

c Isomerasa.

8 La presencia de iones metálicos en la molécula de determinados enzimas: a Modifica sus constantes cinéticas. b Es esencial para la actividad del enzima. c Favorece la unión del sustrato. d Altera la disposición de los grupos funcionales en el enzima. e Disminuye la tendencia a la separación por hidrólisis del sustrato. 9 El pH del medio actúa sobre la actividad enzimática a través de: a Modificar la velocidad de hidrólisis entre E y sustrato. b Modificar la Km del enzima. c Modificar la vi de la reacción. d Producir una modificación química selectiva. e Modificar la Vmáx de la reacción. 10 Comparando la Lisozima, carboxipeptidasa A y la Quimotrip­ sina: a La carboxipeptidasa A requiere un ion metálico para su actividad catalítica. b La lisozima es la única que está formada por una sola cadena peptídica. c La quimotripsina no se inactiva por el DIPF. d La lisozima se forma por rotura proteolítica de un proenzima identificado.

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e La carboxipeptidasa A y la quimotripsina adquieren actividad enzimática completa cuando se pliegan en sus formas tridimensionales características. 11 ¿Cuál de los cinco isoenzimas de la LDH es el que predomina en el tejido cardíaco? a H4. b H3M. c H2M2. d HM3. e M4. 12 Una reacción química catalizada por un enzima se activa a través de que el enzima: a Consigue un pH óptimo. b Mantiene una cinética de primer orden. c Opera en condiciones de saturación de sustrato. d Disminuye la energía de activación de los reactivos. e Favorece que la reacción se produzca a una temperatura constante. 13 El aumento de la concentración de sustrato en una reacción catalizada enzimáticamente: a Hace que disminuya la Vmáx por saturación del enzima. b Permite que la Vmáx se enlace aun cuando no todo el enzima esté bajo la forma ES. c Paraliza la reacción. d No la modifica. e Puede cambiar la cinética de primer orden a orden cero. 14 La expresión v = (V máx[S]) /  ( K m + [S]): a Representa una cinética de orden cero. b Representa una cinética de orden I. c Si [S] es muy pequeña representa una cinética de orden cero. d Si [S] es muy grande representa una cinética de primer orden. e Si [S] es muy grande representa una cinética de orden cero. 15 Respecto a la llamada ecuación de Michaelis-Menten: a Para [S] muy pequeño, representa una cinética de orden cero. b Para [S] muy grande representa una cinética de primer orden. c Para que v = Vmáx, es necesario que Km = S. d Para que v = Vmáx / 20, es necesario que Km = 19 S. e Para que v = Vmáx / 20, es necesario que [S] = 20 Km.

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16 Respecto a la constante de Michaelis (K m), ¿qué afirmación es cierta? a En las reacciones enzimáticas en que participan más de un sustrato, todos tienen la misma Km. b La Km representa una medida inversa de la afinidad del enzima por el sustrato. c La Km no indica relación cuantitativa entre la concentración de sustrato y la velocidad máxima para diferentes enzimas. d La Km se define como la concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción es ¼ de su velocidad máxima. e Ninguna de las anteriores es cierta. 17 Si en una reacción catalizada enzimáticamente, la concentración inicial del sustrato es mucho mayor que la K m y se producen 3 micromoles × l–1 durante 60 segundos, ¿cuántos se producirán en 2 minutos? a 3 micromoles × l‑1. b 6 micromoles × l‑1. c 12 micromoles × l‑1. d 24 micromoles × l‑1. e 48 micromoles × l‑1. 18 Indicar la afirmación falsa con relación a los mecanismos por los cuales los enzimas aumentan la velocidad de las reacciones que catalizan: a Aumentan la temperatura de la reacción. b Disminuyen la energía de activación. c Aumentan la probabilidad de orientación adecuada de los reactivos. d Aumentan la probabilidad de choque eficaz. e Aumentan la frecuencia de choque. 19 Respecto a la llamada constante de Michaelis, K m: a Es la inversa de la constante de afinidad entre enzima y sustrato. b Es la constante de afinidad entre el enzima y el sustrato. c Las dimensiones de Km son las de una velocidad. d Las dimensiones de Km se expresan como molaridad. e Si v = Vmáx ello significa que (S) = Km. 20 Respecto a la constante de Michaelis (K m), ¿qué afirmación es falsa? a Se determina en condiciones de estado estacionario.

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b Sus dimensiones son de una velocidad. c Indica la afinidad de un enzima por un sustrato. d Su valor, en muchos casos, es similar al de la concentración del sustrato en los tejidos. e Su valor se modifica en presencia de un inhibidor competitivo. 21 Mediante la linearización de la ecuación de Michaelis-Menten por el método de Eadie podemos hallar los valores de V m y K m: a La pendiente de la recta, Km / Vm y la ordenada en el origen Vm. b La pendiente de la recta, ‑Km y la ordenada en el origen 1 / Vm. c La pendiente en la recta, ‑Km y la ordenada en el origen Vm. d La pendiente en la recta, Km / Vm y en la ordenada en el origen 1/ Vm. e Ninguna es correcta. 22 La reacción catalizada por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, que utiliza NAD + como coenzima, oxidando el gliceraldehído-3-fosfato a ácido 3‑fosfo-glicérico es: a Una reacción de doble desplazamiento. b Una reacción de desplazamiento simple al azar. c Una reacción de desplazamiento simple ordenado. d Es una reacción de fosforilación. e Es una reacción de transaminación. 23 En las reacciones bisustrato con mecanismo ping-pong: a Indistintamente el primer sustrato puede ser cualquiera de los dos que participan. b Manteniendo el sustrato A constante, si se representa 1 / v frente a 1 / B, aparecen familias de rectas paralelas. c Un inhibidor determinado inhibe simultáneamente e indistintamente la fijación de los dos sustratos. d No es posible mediante experiencias de intercambios en equilibrio, separar cada una de las dos reacciones particulares que cataliza el enzima. e El producto final de la reacción inhibe la unión del enzima a cada unos de sus sustratos.

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24 En las reacciones de desplazamiento simple al azar, si el factor α es menor que uno significa que: a La unión de un sustrato al enzima aumenta la afinidad de éste por el otro sustrato. b La unión de un sustrato al enzima disminuye la afinidad de éste por el otro sustrato. c La unión de un sustrato al enzima no afecta la afinidad de éste por el otro sustrato. d No es posible la unión del otro sustrato al enzima. e Nada de lo anterior es cierto. 25 En cinética enzimática, la inhibición reversible se caracteriza por: a Aumentar la Vmáx de la reacción. b Aumentar la Km de la reacción. c Un rápido equilibrio entre el inhibidor y el enzima. d Falta de equilibrio entre el inhibidor y el enzima. e Modificar la molécula del enzima en cuanto a su especificidad con respecto al sustrato. 26 En el tipo de inhibición enzimática no competitiva: a Disminuye tanto la Vmáx como la Km. b La Km no varía. c La Vmáx no varía. d Aumenta tanto la Km como a Vmáx. e Aumenta la Km. 27 La inhibición del 2:3 difosfoglicerato sobre la fosfogliceromutasa que produce un aumento de la K m se podría clasificar: a Inhibición competitiva. b Inhibición no competitiva. c Inhibición incompetitiva. d Inhibición irreversible. e Inhibición incompleta. 28 Para un inhibidor no competitivo, se debe cumplir que la reacción: a Vmáx i = Vmáx (1 + I / Ki).

b Km i = Km (1 + I / Ki).

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c Km i = Km / (1 + I / Ki).

d Vmáx i = Vmáx / (1 + I / Ki).

e Km i / Vmáx i = Km / Vmáx. 29 Los inhibidores de tipo competitivo inducen modificaciones en la reacción catalizada por el enzima, que consisten en: a Disminuyen tanto la Vm como la Km. b No modifican la Vm. c No modifican la Km. d Aumentan tanto la Km como la Vm. e Aumentan la Vm. 30 Inhibición competitiva, en tal caso: a El inhibidor nunca se fija sobre el centro activo. b Km i = Km (1 + I / Ki). c Vmáx = Vmáx i. d Vmáx i = Vmáx / (1 + I / Ki). e Km = Km i. 31 Si l representa la cinética de Lineweaver-Burk para un cierto sustrato: a A es un inhibidor competitivo, B no competitivo. b A es un inhibidor competitivo, B incompetitivo. c A es un inhibidor incompetitivo, B competitivo. d A es un inhibidor no competitivo, B competitivo. e B es un activador alostérico. 1 / V

+B +A

3 2

1

1 / S

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32 Para un enzima que obedece a la cinética clásica, la presencia de un sustrato a concentración (S) = K m y de un inhibidor competitivo a concentración I = K i, la velocidad inicial de la reacción deberá ser: a 2 / 3 Vmáx.

b 1 / 3 Vmáx.

d 1 / 4 Vmáx.

e 2 / 5 Vmáx.

c 1 / 2 Vmáx.

33 Retroinhibición: a El inhibidor actúa por similitud estructural con el sustrato. b El inhibidor actúa sobre el último enzima del proceso ana­bó­li­co. c Se ocasiona por los antimetabolitos. d Se produce cuando el primer sustrato de una secuencia metabólica inhibe al último enzima de la secuencia. e Se produce usualmente cuando el producto final de una secuencia anabólica inhibe uno de los primeros enzimas de la secuencia. 34 Retroinhibición: a Es típica de procesos catabólicos. b Es típica de procesos anabólicos. c Es un mecanismo muy poco usual. d Es siempre competitiva. e Tiene lugar en los últimos enzimas de una cadena metabólica. 35 Un inhibidor incompetitivo de una reacción enzimática: a Disminuye la Vmáx de la reacción. b Disminuye la Km de la reacción. c Aumenta la Vmáx y la Km. d Disminuye la Vmáx y aumenta la Km. e Disminuye la Vmáx y la Km en la misma proporción. 36 Si un enzima altera su unión al sustrato por cambios electrónicos o estructurales, el enzima se clasificará como: a Enzima monomérico. b Enzima que sigue la cinética de Michaelis-Menten. c Enzima alostérico. d Proteinquinasa. e Enzima multisustrato.

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37 En los enzimas alostéricos, las concentraciones bajas de inhibidores competitivos actúan frecuentemente como activadores porque: a Aumentan la afinidad de unión al sustrato. b Favorece el paso de la forma R del enzima a la forma T. c Consiguen un equilibro entre las formas R y T. d Consiguen la simetría del oligómero. e Produce un efecto heterotrópico. 38 Un efecto alostérico actúa: a Al unirse al enzima en un lugar diferente al centro activo. b Inhibiendo siempre. c Activando siempre. d Sobre el centro activo del enzima, por similitud estructural con las moléculas del sustrato. e Obligando pasar las formas de holoenzima a las de apoenzima. 39 Los efectos homotrópicos sobre los enzimas alostéricos: a No aumentan la actividad del enzima. b Pueden producir cooperatividad o antagonismo. c Impiden la entrada de moléculas diferentes al sustrato. d Modulan en distinto sentido la actividad enzimática. e Pueden desnaturalizar el enzima. 40 Si para un enzima y su sustrato se comprueba que (S) 80 /  ( S) 20 = = 4: a El enzima es michaeliano. b La Km es muy baja pero la Vmáx es muy alta. c La cinética es de orden cero. d El enzima es alostérico con n = 2. e El enzima es alostérico pero en presencia de un activador. 41 Efectos homotrópicos y heterotrópicos en enzimas reguladores: a El sustrato produce efectos homotrópicos. b Los inhibidores son efectores homotrópicos considerando la gráfica de v frente a S. c Los activadores son efectores homotrópicos considerando esa gráfica.

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d Los efectores heterotrópicos son siempre negativos. e El sustrato puede producir efectos de ambas clases, dependiendo de su concentración. 42 Los enzimas reguladores usualmente: a No están relacionados con los enzimas alostéricos. b Son proteínas monoméricas. c Poseen centros catalíticos y centros reguladores. d Sólo pueden enlazar efectores en los centros catalíticos. e Los efectores son siempre iones metálicos. 43 Indicar la afirmación falsa respecto a la regulación de la actividad enzimática por modificación covalente a Estos enzimas reguladores van a modificar su actividad catalítica, a través de su unión, de tipo covalente, a un grupo químico de pequeño tamaño. b Un ejemplo lo constituye el enzima glucógeno fosforilasa. c Los enzimas reguladores por modificación covalente no pueden pasar de una forma menos activa a otra más activa o viceversa. d Los enzimas denominados zimógenos se activan de forma irreversible. e Un ejemplo de enzimas que se activan de forma irreversible lo constituyen la mayoría de los enzimas proteolíticos digestivos. 44 Un activador alostérico al actuar sobre un sistema enzimático alostérico: a Pasa la forma activa del enzima a la inactiva. b Hace menos sigmoide la cinética respecto al sustrato. c Actúa sobre el centro activo. d Hace que “n” sea mayor. e Provoca la disimetría de las subunidades del enzima. 45 Un inhibidor alostérico, en un sistema enzimático alostérico: a Pasa la forma inactiva del enzima a la activa. b Hace aumentar la sigmoidicidad de la gráfica de la cinética respecto a la concentración de sustrato. c Provoca la disimetría de las subunidades del enzima. d Actúa sobre el centro activo. e Hace que “n” sea menor.

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46 En relación con los enzimas alostéricos, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a La actividad enzimática de los enzimas alostéricos se modifica por la unión de efectores alostéricos a centros alostéricos del enzima. b Los efectores alostéricos positivos se unen a centros activadores e incrementan la afinidad del enzima por el sustrato u otro ligando. c Los efectores alostéricos negativos se unen a centros inhibidores y disminuyen la afinidad del enzima por el sustrato u otro ligando. d La mayoría de los enzimas alostéricos son oligoméricos. e En los enzimas alostéricos de la clase K la unión de un efector negativo a un centro alostérico disminuye la velocidad de descomposición del complejo ES en productos. 47 En un sistema alostérico con cinética sigmoidal: a El oligómero está compuesto siempre por dos protómeros. b Según Monod siempre se ha de conservar la simetría. c Un activador hace que “n” sea mayor. d Según Koshland sólo pueden existir efectos homotrópicos negativos. e Puede faltarle el centro regulador. 48 Respecto a los coenzimas: a Los grupos prostéticos son parte de las vitaminas. b Los coenzimas son parte de las vitaminas. c Los grupos prostéticos difieren de los coenzimas en la porción vitamínica. d Algunas vitaminas forman parte de moléculas de coenzimas. 49 Con relación al modelo secuencial de cooperatividad, indicar la afirmación falsa: a En ausencia de ligando, la proteína existe en un estado conformacional único. b Cada protómero puede estar en dos estados conformacionales T o R. c En este modelo no existen estados híbridos en el oligómero, y no se contempla la posibilidad de cooperatividad negativa. d La unión del ligando modifica la conformación del protómero al que se une, induciendo en él la transición de T a R. e El cambio conformacional que sufre un protómero al que se ha unido un ligando, induce parcialmente un cambio conformacional en un protómero adyacente.

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50 El coenzima de la que forma parte la vitamina B 1 es: a El piridoxal fosfato.

b El FAD.

c El CoA.

d El tiamin pirofosfato.

+

e El NAD . 51 Indicar la afirmación falsa con relación a los siguientes coenzimas: a Las formas coenzimáticas de la riboflavina son el FMN y el FAD. b La capacidad oxidorreductora del FMN y del FAD reside en el anillo de isoaloxacina. c La porción nicotinamida del NAD experimenta reducción reversible mediante la aceptación de dos átomos de hidrógeno. d El TPP es el coenzima que participa en las descarboxilaciones de los a‑cetoácidos, como la reacción catalizada por la piruvato descarboxilasa. e La porción reactiva del pirofosfato de tiamina (TPP) se localiza en el anillo tiazolico. 52 La CoA, necesita para su total configuración de: a El ácido fólico.

b El ácido nicotínico.

c El piridoxal-fosfato.

d El ácido lipoico.

e El ácido pantoténico. 53 En la estructura del FAD participa: a Ácido Nicotínico.

b Glucosa.

c Vitamina B2.

d Vitamina B6.

54 ¿Cuál de las siguientes afirmaciones con relación a los coenzimas es incorrecta? a El piridoxal fosfato participa en la transferencia de grupos monocarbonados. b La forma coenzimática del ácido pantoténico es el coenzima A, que participa en la transferencia de grupos acilo. c La biotina en su forma coenzimática está covalentemente unida al enzima, y participa en reacciones de carboxilación. d La desoxiadenosil cobalamina es una de las formas coenzimáticas de la vitamina B12. e Hay tres propuestas verdaderas entre las anteriores.

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55 La tiamina pirofosfato actúa como coenzima de: a Síntesis de esteroles. b Descarboxilación oxidativa de α‑cetoácidos. c Degradación del colesterol. d Conversión del NAD+ a NADP. e Oxidación del triptófano a formil-cinurenina. 56 En relación con los siguientes coenzimas indicar la afirmación cierta: a La riboflavina tiene la función de transferencia de átomos de H (e ‑) y su forma activa es el NAD. b La biotina transfiere grupos acilo y su forma activa es la biotinil-lisina. c El ácido lipoico transfiere grupos acilo y su forma activa es el Coenzima A. d El ácido fólico transfiere grupos monocarbonados y su forma activa es el ácido tetrahidrofólico (FH 4). e La timina transfiere grupos aldehídos y su forma activa es el monofosfato de tiamida. 57 El ácido pantoico más beta-alanina forman la vitamina: a B1.

b B2.

c B3.

d C.

e B5.

58 El piridoxal fosfato es la forma de coenzima de: a Vitamina H.

b Vitamina P.

d Vitamina B2.

e Vitamina B6.

c Vitamina B1.

59 La vitamina B 1 participa en la molécula de: a NADPH + H+.

b Biotina.

c Ácido lípico.

d CoQ.

e Ninguna de las anteriores. 60 La vitamina B 1 es una parte de la molécula de: a NADH + H+.

b FAD.

c Pirofosfato de tianina.

d HSCoA.

e Fosfato de piridoxal.

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61 En a b c

relación con vitaminas, coenzimas y grupos prostéticos: La biotina participa generalmente en reacciones de descarboxilación. La vitamina B2 es parte de la molécula de NAD+. El pirofosfato de tiamina participa normalmente en reacciones de carboxilación. d La vitamina B6 es la molécula relacionada con el coenzima de transaminasas. e El ácido lipoico participa en la transferencia de grupos monocarbonados.



Respuestas razonadas 

1 C Aún siendo los enzimas catalizadores esencialmente proteicos, muchos son proteínas conjugadas que contienen grupos prostéticos de distinta naturaleza a los aminoácidos (cofactores). 2 C La actividad específica de un enzima en preparaciones no puras, como puede ser un tejido, se expresa en unidades / mg de proteína de la preparación. 3 D Normalmente el centro activo de un enzima está constituido por muy pocos aminoácidos de la cadena proteica, y de ellos sólo 2 ó 3 pueden realmente participar en la unión de un sustrato a través de una perfecta disposición en las tres direcciones del espacio, disposición que les permite aceptar la molécula de sustrato para efectuar su acción catalítica. 4 B No es fácil determinar en una reacción enzimática el número de moléculas de enzima presentes, de aquí que los resultados son siempre comparativos a una reacción en la que la concentración del enzima, altamente purificado, sea el factor limitante (concentraciones elevadas de sustrato y baja de producto, así como pH y temperatura adecuadas), y los resultados se expresan en unidades enzimáticas. 5 C Según el sistema de nomenclatura de la Unión Internacional de bioquímica (UIB) se clasifica a los enzimas bajo la base del tipo de la reacción química y del mecanismo de reacción y así se dividen los enzimas en seis clases principales, cada una con 4 a 13 subclases: corresponde la clase 4 a las liasas, enzimas que catalizan la separación de grupos de un sustrato por mecanismos a los de hidrólisis.

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6 C Las ligasas catalizan la unión de dos moléculas en un proceso acoplado a la hidrólisis de un enlace pirofosfato de alta energía procedente del ATP. El termino sintetasa se reserva para este grupo de enzimas. 7 D Cada enzima tiene un número clave sistemático, según la UIB. Este número caracteriza el tipo de reacción según la clase (primer dígito), subclase (segundo dígito) y sub-subclase (tercer dígito). El cuarto dígito es para el enzima; así en este caso el primer dígito, 1, corresponde a la clase de las óxidoreductasas. 8 B Muchos enzimas contienen en su molécula metales, los cuales están con frecuencia fuertemente unidos y no se separan a no ser que la molécula se desnaturalice. Algunos de ellos participan directamente en el proceso catalítico, pero con más frecuencia ayudan a mantener la configuración estructural del enzima. 9 D Los grupos activos de los enzimas lo forman, a menudo, grupos ionizables que deben encontrarse en la forma iónica adecuada. Además uno o más de sus sustratos pueden también contener grupos ionizables y sólo una forma iónica del sustrato puede unirse al enzima o experimentar la catálisis. De aquí que la actividad de un enzima se debe medir a un pH óptimo. 10 A La lisozima es un enzima pequeño, que rompe los polisacáridos de las paredes celulares bacterianas; la carboxipeptidasa A es un enzima digestivo que hidroliza el enlace peptídico carboxiterminal de los polipéptidos y la quimotripsina es un enzima digestivo que hidroliza proteínas en la intestino delgado, y que se sintetiza en el páncreas como un precursor de mayor tamaño: el quimotripsinógeno; no ocurre así con la carboxipeptidasa en la que es la unión a su sustrato la que induce grandes cambios estructurales en el centro activo hasta conseguir la óptima reacción catalítica. Las tres están formadas por una sola cadena polipeptídica, y es precisamente la carboxipeptidasa A la que contiene un ion Zn+2 en un centro activo esencial para su acción catalítica. 11 A La propiedad del Isoenzima H4 de ser inhibida por el piruvato, hace que este enzima sea especialmente útil en un órgano, que como el corazón, trabaja en condiciones aerobias, eliminando el lactato del torrente circulatorio para oxidarlo a piruvato y de esta manera el piruvato oxidarse completamente en la mitocondria. 12 D La velocidad de la reacción S → P depende del número de moléculas de S que se transforman en P por unidad de tiempo y hay dos formas de au-

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mentar la velocidad de una reacción química: una es elevando la temperatura y otra disminuyendo la energía de activación que las moléculas del sustrato necesitan para alcanzar el estado de transición; pues bien las células vivas, que existen a temperaturas relativamente bajas, poseen enzimas que actuando como catalizadores biológicos disminuyen selectivamente las energías de activación de las reacciones químicas vitales al favorecer la aproximación y orientación de las moléculas de sustrato para que se produzca un número de colisiones efectivo. 13 E La velocidad de una reacción enzimática crece al aumentar la concentración del sustrato hasta el punto donde se dice que el enzima está saturado por el sustrato (Vmáx); velocidad a la que la cinética pasa de ser de primer orden a ser de orden cero. 14 E S >> Km, la constante de Michaelis puede despreciarse del denominador de la ecuación de M.M., con lo que la velocidad inicial se iguala a la Vmáx (cinética de orden cero). 15 D Sustituyendo en la ecuación de Michaelis-Menten: Vmáx V  (S) = máx ,      Km + (S) = 20 (S),      Km = 10 (S) 20 Km + (S) 16 B. La constante de Michaelis es una medida inversa de la afinidad del enzima por un sustrato determinado, así cuanto mayor es el valor de Km, menor será la afinidad y a la inversa. 17 B Teniendo en cuenta que (S) >> Km, la vi se hace igual a la Vmáx (cinética de orden cero); y dado que la vi = 3 µmol / l × min y que (P) = Vmáx × t, al cabo de 2′: (P) = 3 × 2 = 6 mmol / l × min 18 A Los enzimas disminuyen las necesidades de energía de activación y permiten que las reacciones ocurran a la temperatura normal del cuerpo, pero a la velocidad necesaria para el desarrollo normal de los procesos vitales. Superar la temperatura del cuerpo humano (37 ºC) dañaría las células. 19 D Dado que la Km se identifica con la concentración de sustrato a la que le corresponde la Vmáx / 2 de una reacción enzimática, sus dimensiones serán las correspondientes a la concentración de sustrato, esto es a moles / litro (molaridad).

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20 B La constante de Michaelis (Km) se define como la concentración de sustrato a la cual la velocidad de reacción es ½ de su velocidad máxima (Vm), luego sus dimensiones serán las de una concentración. 21 C La linearización de la ecuación de Michaelis-Menten por el método de Eadie, nos lleva a la ecuación de una recta de la forma: v = ‑Km

v + Vmáx (S)

cuya representación en un sistema de coordenadas cartesianas de v (S) frente a v, da como resultado que la ordenada en el origen, b = Vmáx y ‑Km que es el coeficiente que multiplica al valor de la abscisa v (S) es precisamente la pendiente de la recta. 22 C En esta reacción el anillo piramidínico del NAD+ se acopla en primer lugar al enzima por un residuo ‑SH activo, que queda así enmascarado estéricamente. Cuando se une el aldehído 3‑P-glicérico, se forma un enlace entre el grupo aldehído y la Cys. El NAD+ es entonces reducido por un H+ del sustrato y el grupo aldehído se oxida, dando así los productos de la reacción: NADH + H+ + ácido 3‑P-glicérico. 23 B La ecuación general de la velocidad para este tipo de reacción es: v=

Vmáx Km A Km B 1+ 1+ (A) (B)

que en forma de las dobles recíprocas queda: 1 K 1 K = m A + 1 + m A Vmáx (A) (B) v

1 Vmáx

en la que la pendiente Km A / Vmáx es constante para las distintas concentraciones de B, variando exclusivamente la ordenada en el origen por lo que se obtienen rectas paralelas para este tipo de reacciones. 24 A La entrada de A ó B indistintamente está favorecida, al igual que en las interacciones secuenciales de Koshland para los enzimas oligoméricos, por el hecho de que el factor que multiplica a la Kte de disociación del complejo ES sea 0.

d ∆ E′0 > 0.

e ∆ E′0 < 0.

c d G < 0.

12 Cuál de las afirmaciones es correcta: a DG0 es positiva cuando D E 0 es positivo. b DG0 es negativa cuando D E 0 es negativo. c DG0 es positiva cuando D E 0 es negativo. d DG0 es igual a uno cuando D E 0 vale 1. e Ninguna de las anteriores es cierta. 13 ¿Cuál de las siguientes expresiones es falsa? a El pH de una disolución es directamente proporcional al potencial de una pila. b El pH no se relaciona con los potenciales de las pilas. c La energía libre está relacionada con el número de electrones transferidos. d El cambio de energía libre está relacionado con la constante de equilibrio Ke de una reacción. e Los potenciales normales de las semirreacciones se miden con respecto al electrodo normal de hidrógeno. 14 Los citocromos son un grupo de ferroproteínas transportadoras de electrones, se caracteriza por: a El citocromo c tiene por grupo prostético la Porfirina A. b El citocromo c tiene por grupo prostético el grupo Hemo. c Se denomina al citocromo c enzima respiratorio. d El citocromo b contiene prothemina IX y seis átomos de cobre. e El citocromo c contiene un anillo de protoporfirina IX y un átomo de cobre. 15 Una de las siguientes sustancias no pertenece a la cadena respiratoria: a Citocromo c1. d Ferredoxina.

b Fe no hemínico.

c C0Q.

+

e NAD .

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Bioenergética

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16 La relación de fósforo consumido en la cadena respiratoria con respecto al oxígeno es, cuando el donador primario de electrones es el NADH: a P / O = 5 ATP.

b P / O = 2 ATP.

c P / O = 3 ATP.

d P / O = 4 ATP.

e Ninguna de las anteriores es cierta.

17 En relación con las membranas mitocondriales, qué afirmación es falsa: a Las externas poseen los componentes de la cadena respiratoria. b Las externas son más permeables que las internas. c Las internas poseen los componentes de la cadena respiratoria. d Las externas son el lugar donde se encuentra el piruvato deshidrogenasa. e Son relativamente impermeables a NADH y NADPH. 18 Cuando entran en la membrana mitocondrial electrones procedentes del NADH citoplásmico utilizando la lanzadera del glicerol-fosfato, se producen: a 3 ATP. b No entra en la cadena respiratoria. c 2 ATP. d El NADH reacciona con glicero-fosfato. e El mecanismo se conoce como lanzadera de FMNH2. 19 Con respecto a la cadena respiratoria, qué afirmación es falsa: a El potencial redox del citocromo c1 es superior al potencial redox de las Flavoproteínas. b Los citocromos no son metal flavoproteínas. c El citocromo c está situado antes que el C0Q. d El NADH está situado antes que el C0Q. e Se producen tres etapas que proporcionan la energía libre necesaria para la síntesis del ATP. 20 En relación con la cadena respiratoria, qué proposición es cierta: a El cianuro inhibe el paso de citocromo c a citocromo (a + a3). b El Amital bloquea el paso de citocromo (a + a3) a O2. c La Antimicina A bloquea el paso de C0Q a citocromo b.

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d Los citocromos son ferroproteínas transportadoras de electrones. e Los citocromos no contienen grupos prostéticos ferroprofirínicos. 21 La Fracción IV de los conjuntos respiratorios (ETP) contiene: a Succínico-deshidrogenasa y 5 átomos de Fe. b NADH-deshidrogenasa y 5 átomos de Fe. c Los citocromos b y c y 2 átomos de Fe. d Los citocromos a y a3 y 6 átomos de Cu. e Los citocromos b y a3 y 2 átomos de Cu. 22 Transporte de electrones y fosforilación, ¿qué afirmación es falsa? a Se liberan 2 H+ por cada 2 e‑ transferidos desde el QH2 al citocromo c. b Los grupos prostéticos de los citocromos son parecidos entre sí. c En mitocondrias la relación P / O para el FADH2 es 3. d El control respiratorio explica que en presencia de una alta concentración de ATP se reduzca la velocidad de la respiración. e El barbitúrico amital bloquea la formación de ATP desde la oxidación de isocitrato, pero no desde la oxidación de succinato. 23 Transporte de electrones y fosforilación, ¿qué proposición es cierta? a En mitocondrias la relación P / O para el FADH2 es 3. b El cociente P / O para el NADH + H+ vale 4. c Los citocromos son proteínas transportadoras de electrones que tienen FAD como grupo prostético. d Tiene lugar en células eucarióticas pero no en procarióticas. e Los citocromos a y a 3 reciben en conjunto el nombre de citocromo Oxidasa. 24 En relación con la cadena transportadora de electrones: a El complejo II (NADH-C0Q), es una flavoproteína que lleva FAD como coenzima y citocromo b. b Es un proceso localizado en la membrana externa de mitocondrias. c El paso desde NADH + H+ hasta C0Q, termodinámicamente puede acoplarse a la formación de 1 ATP (∆ G0 ′ = 7,3 kcal / mol = 30,5 kj / mol).

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d El complejo III de Green posee fundamentalmente una flavoproteína y citocromo b. e Nada de lo anterior es cierto. 25 De un tejido al que se añade 2,4 dinitrofenol, cabe esperar: a Que consuma oxígeno y produzca ADP. b Que no consuma oxígeno y produzca ADP. c Que no consuma oxígeno y no produzca ATP. d Que consuma oxígeno y no produzca ATP. e Que consuma oxígeno y produzca ATP. 26 En relación con la cadena respiratoria, ¿qué afirmación es falsa? a La tiroxina desacopla la fosforilación oxidativa de la respiración. b La hipótesis química exige la existencia de intermediarios de alta energía covalente. c El 2,4 DNF se puede considerar un inhibidor y la oligomicina un desacoplador. d Para la hipótesis de Mittchell es esencial que la ATP-asa esté ligada a las membranas internas. e La hipótesis conformacional postula la existencia de un estado conformacional activado que impulsa la síntesis del ATP. 27 Según la hipótesis quimiosmótica de la fosforilación oxidativa, sucede que: a La función del 2,4-DNF sería inhibir la ATP-asa. b La energía liberada en la cadena es conservada en forma de un gran diente de pH rico en energía. c Los intermediarios de alta energía de hidrólisis son los responsables de la síntesis de ATP. d No es necesario que la ATP-asa esté ligada a las membranas in­ ternas. e Todo lo anterior es cierto. 28 En relación con la hipótesis química de la fosforilación oxidativa, es cierto que: a La hipótesis química exige que en la respiración se transloquen pro­ tones.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

b No postula la existencia de intermediarios de alta energía de hidró­ lisis. c Por acción de ATP-asa aumenta la concentración de H en el interior de las mitocondrias. d El inconveniente que tiene esta teoría es no haber podido aislar ningún compuesto con enlace X ~  P (intermediario rico en energía) capaz de fosforilar al ADP. e La energía de la reacción se pierde en forma de calor. 29 En relación con la teoría conformacional se cumple: a La hipótesis conformacional exige la existencia de intermediarios de alta energía de hidrólisis. b El ADP actúa como un inhibidor de la misma. c El cambio conformacional se produce como consecuencia de la energía obtenida en el proceso redox. d Por acción de ATP-asa aumenta la concentración de OH ‑ en el interior de las mitocondrias. e Nada de lo anterior es cierto. 30 La vitamina B 1 es una parte de la molécula de: a FAD.

b Biotina.

d ADP.

e Ninguna de las anteriores.

c C0Q.

31 La nicotinamida forma parte del coenzima: a FAD.

b FMN.

d C0 A.

e Ninguno de estos.

c Biotina.

32 La vitamina B 2 participa en la molécula de: a Biotina.

b FMN.

d NADH + H+.

e ATP.

c C0Q.

33 En la estructura del FAD participa: a Ácido Nicotínico.

b Glucosa.

d Vitamina B6.

e Vitamina B8.

c Vitamina B2.

34 La Riboflavina está formada por: a Un núcleo Iso-aloxacina más un derivado de la Ribosa y dos grupos metilo.

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b Un anillo tiazólico más uno pirimidínico. c Triptófano más un ácido glu­tá­mi­co. d Un núcleo pirimidínico más glucosa. e Kinurenina con un anillo tetrapirrólico. 35 La capacidad de oxidorreducción del NAD radica: a En el AMP. b En el anillo de nicotinamida. c La forma reducida acepta los dos protones. d El anillo acepta 2 núcleos de hidrógeno y 1 electrón y el otro electrón es cedido al medio. e En los nitrógenos 1 y 10 de su estructura. 36 ¿Cuál de las hipótesis siguientes se emplea para explicar la fosforilación oxidativa? a Hipótesis de Warburg. b Hipótesis de Wieland. c Hipótesis quimiosmótica. d Hipótesis de Lavosier. e Hipótesis de Pasteur. 37 ¿Cuál de las afirmaciones siguientes sobre los potenciales de oxidación y reducción es cierta? a El potencial standard de valor cero, se asigna por convenio al electrodo de H2. b El potencial standard de valor cero, se asigna al electrodo de O2. c El pH no tiene relación con los potenciales de oxidación y reducción. d Se necesitan electrodos metálicos para determinar los potenciales de oxidación y reducción. e Ninguna de las anteriores es cierta. 38 ¿Cuál de las siguientes expresiones es cierta? a A partir de los potenciales redox no puede calcularse los cambios de energía libre. b A partir de los potenciales redox pueden calcularse los cambios de energía redox. c La entalpía está relacionada con los potenciales redox.

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d La energía interna depende del pH del medio. e La entropía depende del potencial normal de hidrógeno. 39 Uno de los sitios de fosforilación en la cadena respiratoria puede encontrase entre: a C0Q y citocromo b. b Citocromo b y citocromo c. c Citocromo c y citocromo a. d Piruvato y NAD. e Ninguno de los anteriores. 40 En la cadena respiratoria existen puntos ó sitios donde se libera energía suficiente para la síntesis de ATP. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa? a Entre el NAD+ y el CoQ.

b Entre el CoQ y el cit b.

c Entre cit b y cit c.

d Entre cit a y el O2.

e Solo existen tres sitios. 41 ¿Cuál de las siguientes propiedades del citocromo b de la cadena respiratoria es cierta? a Facilidad de reacción con el citocromo a. b Tiene distinto grupo prostético que el citocromo c. c Potencial redox standard más bajo que el de los citocromos c y a. d Desprendimiento fácil de las membranas mitocondriales. e Todo lo anterior es cierto. 42 En relación con las propiedades de los citocromos, indicar la afirmación falsa: a Se han identificado cinco tipos de citocromos en las mitocondrias. b El citocromo b5 existe en el retículo endoplásmico. c Los citocromos poseen hierro en su estructura. d Cada citocromo transporta 2 electrones. e Todas son ciertas. 43 De las siguientes afirmaciones, ¿cuál es falsa? a El NAD se utiliza generalmente en procesos de oxidación. b El NADP actúa en reacciones de síntesis.

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c La estructura del NAD contiene Adenina y Nicotinamida. d El NAD contiene ácido fosfórico en el carbono 3′ del AMP. e El NAD y el NADP, se comportan más como sustratos que como grupos prostéticos. 44 En relación con el NAD y NADP, ¿qué proposición es cierta? a La forma reducida tiene un máximo de absorción a 260 nm. b La forma oxidada presenta 2 máximos de absorción de 260 y a 340 nm. c La forma reducida presenta 2 máximos de absorción a 260 y 340 nm. d La forma oxidada presenta un máximo de absorción a 340 nm. e Nada de lo anterior es cierto. 45 Midiendo los cambios de pH, podemos conocer la reducción de uno de los siguientes compuestos. ¿Cuál? a FMN.

b FAD.

d C0Q.

e Biotina.

c NAD.

46 La riboflavina es un derivado de la isoaloxazina, su constitución química es: a Benceno, Pirazina y Pirimidina. b Benceno, Furano y Pirimidina. c D‑Ribitol, Pirazina y Benceno. d Isoaloxacina, D‑Ribitol y 2 grupos metilo. e Isoaloxacina, D‑Ribitol y Propileno. 47 ¿Cuál de los siguientes enzimas no es una flavín-deshidroge­ nasa? a Piridinoproteínas.

b NADH-deshidrogenasa.

c Succinato-deshidrogenasa.

d Dihidrolipoil-deshidrogenasa.

e D-aminoácido-oxidasa. 48 La capacidad de oxidorreducción de las flavín-deshidrogenasas reside en: a En el anillo de nicotinamida. b En el pentaalcohol, D‑Ribitol. c En los nitrógenos 1 y 10 de su estructura.

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d En cualquier nitrógeno de la Riboflavina. e No presenta actividad redox. 49 La actividad redox de las ubiquinonas radica en: a En su cadena lateral poliisoprenoide. b En el ubicromenol. c En la benzoquinona. d En la hidroquinona. e En la capacidad de pasar de la forma quinónica a la hidroquinónica. 50 En relación a la estructura del C 0Q, ¿qué afirmación es falsa? a Contiene el núcleo de la parabenzoquinona. b Contiene buteno. c Contiene isopreno. d Contiene dos grupos metoxi. e Contiene un grupo metilo. 51 En la relación de metabolitos ricos en energía de hidrólisis, el fosfoenol piruvato (PEP) con relación al ATP, es un compuesto: a Con idéntica energía libre de hidrólisis que el ATP. b Con mayor energía libre de hidrólisis que el ATP. c Con menor energía libre de hidrólisis que el ATP. d No es un compuesto rico en energía de hidrólisis. e Nada de lo anterior es cierto. 52 El complejo 1 (NADH‑Q reductasa) de la cadena respiratoria tiene como componentes: a 1 molécula de FAD y una única cadena polipeptídica. b 1 molécula de FMN y una única cadena polipeptídica. c 1 molécula de FMN y al menos 16 cadenas polipeptídicas. d 1 molécula de FMN, al menos 16 cadenas polipeptídicas y centros sulfoférricos. e Nada de lo anterior es cierto. 53 La cadena respiratoria está formada por tres grandes complejos proteicos. ¿Cuál de ellos no bombea protones? a La succinato-Q-reductasa.

b La NADH-Q-reductasa.

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c Citocromo reductasa.

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d Citocromo oxidasa.

e Ninguno de ellos. 54 La citocromo oxidasa: a Es una proteína. b Contiene los citocromos “a” y “a3”. c Acepta electrones desde el citocromo “c” reducido. d Requiere iones Cu para su actividad enzimática. e Todo lo anterior es cierto. 55 La ATP sintetasa mitocondrial en eucariotas: a Consta de dos componentes proteicos (F1 y F0). b Acopla la síntesis de ATP al transporte a través de la membrana interna mitocondrial. c Su acción enzimática es inhibida por el antibiótico oligomicina. d Todo lo anterior es cierto. e Los apartados a, b y c son falsos. 56 La incorporación de FADH 2 a la cadena respiratoria tiene lugar a nivel de: a NADH-Coenzima Q reductasa.

b Coenzima Q.

c Citocromo b.

d Citocromo c.

e Citocromo d. 57 En la cadena respiratoria de eucariotas, el FADH 2: a Reduce el NAD+ por una reductasa. b Da lugar a 3 ATP. c Da lugar a 2 ATP. d Da lugar a 1 ATP. e Reduce el FMN. 58 La fosforilación oxidativa tiene lugar: a En la matriz mitocondrial. b En la membrana interna mitocondrial. c Entre las dos membranas mitocondriales. d En la membrana externa mitocondrial. e En la matriz y membranas mitocondriales.

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59 En relación con la fosforilación oxidativa, indicar la afirmación falsa: a La fosforilación oxidativa se produce en las mitocondrias. b La fosforilación del ADP no es un mecanismo acoplado a la respiración. c El sistema respiratorio contiene numerosos transportadores de electrones. d La oxidación del NADH produce 3 ATP. e Es llevada a cabo por sistemas respiratorios que están localizados en la membrana interior de las mitocondrias. 60 ¿Cuál de los siguientes compuestos tienen energía libre estándar de hidrólisis mayor que la del ATP? a Glucosa-6-fosfato.

b Fosfoenolpiruvato.

c Glicerol-3-fosfato.

d Guanosina trifosfato.

e Hay dos propuestas verdaderas. 61 Entre los factores que contribuyen a la elevada energía libre de hidrólisis del ATP citaremos: a La estabilidad por resonancia mayor en la molécula de ATP que la de sus productos de hidrólisis. b La repulsión electrostática entre los grupos cargados negativamente, que es mayor tanto en el ADP como en el Pi. c La acidez del medio contribuye a aumentar la energía libre de hidrólisis de ATP. d La estructura del propio ATP y de sus productos de hidrólisis ADP y Pi. e El hecho de que la molécula de ATP esté en las células unido a su membrana plasmática. 62 ¿Cuál de los siguientes nucleótidos tiene en la célula una concentración mayor que el ATP? a UTP.

b GTP.

d dTTP.

e Ninguna de las anteriores es cierta.

c CTP.

63 En relación a la cadena respiratoria del transporte electrónico, señale la respuesta correcta: a Su localización es citoplasmática. b Los centros o complejos ferrosulfurados (Fe‑S) no participan en la transferencia de electrones.

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c Los componentes principales están dispuestos en orden creciente de su potencial redox. d El NAD+ es una quinona isoprenoide liposoluble. e El citocromo aa3 es una deshidrogenasa anaerobia. 64 La hipótesis quimiosmótica: a No puede explicar la síntesis de ATP asociada a la fotosíntesis. b Se basa en la alta permeabilidad de la membrana lipídica a los protones. c Sólo se puede aplicar a células eucarióticas. d Requiere la formación de un gradiente de protones a través de la membrana. e Hay dos respuestas ciertas. 65 En la cadena respiratoria se pueden bloquear las transferencias de electrones mediante inhibidores específicos. ¿Cuál es la afirmación cierta? a La rotenona bloquea el paso de cit c1 a cit c. b El CN‑ bloquea el paso de NADH-Q-reductasa a QH 2. c El CO bloquea el paso del cit b al cit c1. d La rotenona y amital bloquean el paso NADH‑Q reductasa a QH2. e Todas son falsas.



Respuestas razonadas 

1 D Según el concepto restringido de oxidación y reducción, oxidación es todo proceso químico en el que hay fijación de oxígeno, es decir, ganancia de oxígeno o pérdida de hidrógeno. Ejemplo: Los aldehídos por oxidación dan ácidos. CH3   C

O

+ 1 / 2 O2      H 

  CH3COOH

Reducción, pérdida de oxígeno o ganancia de hidrógeno. 2 C Según el concepto actual (electrónico) una reacción redox es aquella en la que hay transferencia de electrones. Una sustancia los cede y otras los acepta; la primera se llama reductora, la segunda oxidante. Luego Reducción es ganancia de electrones o disminución de las cargas positivas.

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3 D El número de oxidación caracteriza a un proceso redox, se define como la carga que tiene un átomo dentro de una molécula, suponiendo que todos los electrones de valencia se atribuyen al elemento más electronegativo. 4 D Se define como Potencial normal o standard, correspondiente a una determinada reacción, al voltaje medido en la pila cuando todos los iones o moléculas en solución están a una concentración 1 M y todos los gases a una presión parcial de 1 atm, y Potencial normal de hidrógeno, al potencial de un electrodo de platino rodeado de gas H 2 a la presión de 1 atm y sumergido en disolución 1 molar de iones H+, por convenio se le da el valor de 0. 5 B Por termodinámica sabemos que una reacción espontánea está asociada a un cambio de energía libre negativo, y una reacción redox espontánea va asociada a una diferencia de potencias positiva. 6 A Para que una reacción sea termodinámicamente desfavorable y endergónica, la energía libre DG0 ha de ser positiva, y necesita energía. DG0 = ‑n F D E′0 Si: • D E′0 = ‑; reacción termodinámicamente desfavorable.

• DG0 = +; No favorable, endoergónica.

Si: • D E′0 = +; reacción termodinámicamente favorable.

• DG0 = +; espontánea, exoergónica.

7 B Por ejemplo en las reacciones parciales siguientes: a) oxalacetato + 2 H+ + 2 e‑   +

‑

b) cetato + 2 H + 2 e   

  malato       E′0 = ‑0,102 V.

  acetaldehído      E′0 = ‑0,600 V.

La reacción a) posee el potencial de reducción normal más positivo, luego la reacción se produce tal como se ha escrito, es decir, como una reducción. La reacción b) se realiza en dirección contraria a la anterior, es decir, como una oxidación. 8 C Las transformaciones de energía en los sistemas biológicos se rigen por la siguiente ecuación: DG = D H ‑ T D S Esta expresión relaciona el cambio de energía libre (DG) de un sistema, con el cambio en su entalpía (D H), el cambio en su entropía (D S) o grado de desorden, y la temperatura absoluta (T). Todas los procesos, sean químicos o biológicos, tienen tendencia a discurrir hacia una situación de máxima entropía, es decir cuando el desorden del sistema es máximo.

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9 D Una de las expresiones que cuantifican la energía libre es: DG = H ‑ T D S, y nos indica el sentido de las transformaciones químicas, siendo DQrev = T D S, hay otras expresiones matemáticas que nos cuantifican esta energía libre como: DG0 = ‑n F E0;      DG0 = 2,3 R T log K; DG0 = ‑R T ln

[Ox] [Red]

10 B Todos los sistemas tienden a alcanzar el equilibrio termodinámico, punto en el cual la energía libre es mínima. Cualquier proceso espontáneo tiene lugar cuando el valor de la energía libre DG es negativo. Por lo tanto, el valor de DG de una reacción bioquímica indica su tendencia a producirse y la energía libre que se liberará. 11 A En la expresión DG = H ‑ T D S a presión y temperatura constantes, sustituyendo H = U + p V se transforma en DG = ‑ (p d V)rev siendo d W = p d v. Se cumple que cuando (p d v)rev = (p d v)sist, DG = 0. Luego la reacción ni gana ni pierde energía, es una reacción reversible. 12 C Tanto DG0 como D E0 indican la tendencia de una reacción en un sentido determinado, ambas magnitudes se relacionan mediante la ecuación: DG0 = ‑n F D E0 Si D E0 es negativo, al ser F una constante, n = número de electrones transferidos, lógicamente DG0 es positiva. 13 B El pH se puede determinar por medio de potenciales. Por la fórmula de Nernst, aplicada a una pila formada por los dos semielementos siguientes: polo positivo, el electrodo normal de hidrógeno, polo negativo, un electrodo de hidrógeno de concentración desconocida en iones H+. (Pt) H2 (1 atm) / H+ /  / H+ (1 Molar) / H2 / 1 atm (Pt) E = E0 ‑

Tenemos que:

0,059 log H+ n

pero en este caso, E0 = 0 por tratarse del electrodo normal de hidrógeno, luego: E = ‑ 

0,059 1 log H+ = 0,059 log + n H

y como log 1 / H+ = pH, tendremos finalmente: pH =

E 0,059

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14 B El grupo prostético del citocromo c es el hemo y las posiciones 5 y 6 del hierro se hallan ocupadas por dos moléculas de histidina de la cadena proteica, si bien hay autores que sostienen que en la posición 6 se sitúa una molécula de metionina. Además, se encuentra unido por sus grupos vinilo a dos restos de cisteína de la cadena proteica mediante puentes sulfuros. 15 D La ferrodoxina no forma parte de la cadena respiratoria. El Fe no hemínico está presente en las ferroproteínas no hemáticas que contienen Fe en su estructura, pero de forma distinta que en el grupo hemo. Se cree que estas ferroproteínas son las verdaderas transportadoras de electrones como segundo eslabón de la cadena respiratoria, otros autores las consideran subunidades de las Flavín-deshidrogenasas. Los demás compuestos son eslabones de la cadena respiratoria. 16 C La fosforilación del ADP, síntesis de ATP, se pensó que era un mecanismo acoplado a la respiración. Belitser encontró que la proporción de fósforo inorgánico incorporado por átomo de oxígeno consumido en la cadena respiratoria era P / O = 3. Esto quería decir que se formaban 3 ATP en la cadena respiratoria durante el paso de 2 electrones desde el NADH + H+ hasta el oxígeno. 17 A La membrana interna de la mitocondria contiene los citocromos, el mecanismo de la fosforilación y las deshidrogenasas ligadas a flavina y piridina, es decir, contiene todos los elementos de la cadena respiratoria. 18 C Los NADH citoplásmicos pueden ser oxidados por los transportadores de electrones mitocondriales. La justificación reside en la existencia de unos medios indirectos denominados lanzaderas. La mejor conocida es la del Glicerofosfato, en la que el NADH citoplasmático reacciona con la dihidroxiacetonafosfato, formando glicerol-fosfato. Este entra fácilmente en la mitocondria, donde cede los electrones a una deshidrogenasa ligada a flavinas, esta flavoproteína cede directamente los electrones al C0Q, se formarán pues sólo 2 ATP. 19 C En la cadena respiratoria, el primer eslabón son los Piridinucleóticos, el segundo las Flavinas, el tercero las Ubiquinonas (C 0Q), luego suceden varios citocromos y finalmente el oxígeno. 20 D Los citocromos son un grupo de ferroproteínas transportadoras de electrones desde las flavinas (o el C 0Q) hasta el oxígeno. Todos ellos contienen grupos prostéticos ferroprofirínicos. Se estudian fundamentalmente cinco (aunque existen algunos más): b, c1, c, a y a3, este es el orden en que aparecen en la cadena respiratoria, orden que corresponde a sus P.R.N. crecientes.

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21 D Los conjuntos respiratorios se sabe que están formados por cuatro fracciones estructurales: Fracción I: contiene la Succínico-Deshidrogenasa y 5 átomos de Fe. Fracción II: contiene NADH-deshidrogenasa y 5 átomos de Fe. Fracción III: contiene los citocromos b (2 moles) y c 1, y 2 átomos de Fe. Fracción IV: contiene los citocromos a y a3 y 6 átomos de Cu. 22 C Al ceder los electrones que se incorporan a la cadena respiratoria después del primer Centro de conservación de energía, se formarán sólo 2 moléculas de ATP (ver lanzadera del Glicerofosfato). 23 E Los citocromos a y a3 reciben en conjunto el nombre de citocromooxidasa o enzima respiratorio. En lugar de protoporfirina IX contienen una porfirina A y en el carbono 2 tiene una cadena de poliisoprenoide (15 átomos de C). En el carbono 5 no tiene sustituyente y en el 8 un grupo formaldehído. 24 C En el paso de electrones desde el NADH + H+ hasta el C0Q se produce una variación de energía libre suficiente para que resulte posible la síntesis de una molécula de ATP a partir de ADP + Pi. La variación de la Energía libre producida es DG0 = ‑12,2 kcal (51 kj). La variación de DG0 para formar 1 molécula de ATP es DG0 = 7,3 kcal (30,5 kj / mol). 25 D El 2,4-dinitrofenol es capaz de desacoplar la fosforilación, mientras que la respiración celular o transporte de electrones puede continuar normalmente. Por ello a compuestos de este tipo se les denomina agentes desacoplantes. 26 C El 2,4-DNF es un desacoplador de la fosforilación del transporte de electrones. La Oligomicina es un inhibidor de la fosforilación, así, en la hipótesis química bloquea la secuencia de reacciones, en el punto de fosforilación. 27 B La hipótesis quimiosmótica propone que el mecanismo conservador de energía es el “movimiento de protones a través de la membrana interna mitocondrial”. El gradiente de concentración protónica resultante y el potencial de membrana dirigen la síntesis de ATP. Sugiere Mittchell que el flujo de electrones a lo largo de la cadena respiratoria genera una expulsión de iones H+ al exterior de la membrana (6 en total). La energía liberada en la cadena es conservada en forma de un gradiente de pH rico en energía, que se utiliza para la formación de ATP. 28 D En la hipótesis de acoplamiento químico, la transferencia de electrones (2 e‑) da lugar a la formación de un intermediario de alta energía covalen-

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te que sirve como precursor del ATP. El enlace de alta energía X ~  P se rompe a medida que el ADP se fosforila hasta ATP. El inconveniente de esta hipótesis es que no han sido aislados intermediarios de alta energía. 29 C Esta hipótesis propone que la energía liberadora en la etapa de transferencia electrónica es atrapada en una conformación proteica activada A*ox, que impulsa la síntesis de ATP. 30 E La Vitamina B1 no participa en ninguna de las moléculas citadas, se denomina Tiamina y su forma activa es el pirofosfato de tiamina. 31 E La nicotinamida no forma parte de ninguno de los coenzimas citados, participa en el NAD+. 32 B Las Flavín-deshidrogenasas, contienen Flavín-adenín-dinucleótico (FAD) o FMN (Flavín-mononucleótido), como grupos prostéticos. Su componente fundamental es la Riboflavina (Vitamina B2) descubierta en 1897 como un pigmento lácteo y denominado entonces Lactocromo. En 1936 Warburg y Kunh establecieron su constitución química. Es un derivado de la Isoaloxacina. 33 C Hemos visto anteriormente que la Vitamina B2 es la Riboflavina, la Riboflavina con un resto fosfórico en el Carbono 5′ se denomina Riboflavina 5′‑fosfato que es el FMN (Flavín-mononucleótido). El FAD se sintetiza a partir de FMN y del ATP.   FMN ‑ AMP + PPi FMN + ATP                                         FAD luego en la estructura del FAD participa la Vitamina B2. 34 A Es un derivado de la Isoaloxazina, la cadena lateral de la riboflavina corresponde a un pentaalcohol, el D‑ribitol, que se une al N‑9 de la Isoaloxacina. Se sitúa igualmente dos grupos metilo uno en el C‑6 y el otro en el C‑7. 35 B La capacidad de oxidorreducción del NAD radica en el anillo de nicotinamida. En su forma oxidada, el N de la piridina se encuentra en forma de amonio cuaternario (N+). El anillo se transforma en una estructura quinoidea aceptando un ion hidruro (H+ + 1 e‑ + 1 e‑) es decir, un núcleo de hidrógeno y 2 electrones, y el otro protón es cedido al medio, quedando el N en su forma trivalente normal. Por ello el NAD y el NADP no aceptan dos hidrógenos completos, de ahí que se represente la forma reducida como NADH + H+ o NADPH + H+.

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Bioenergética

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36 C La fosforilación oxidativa se explica mediante las teorías siguientes: Hipótesis del acoplamiento químico. Hipótesis quimiosmótica e Hipótesis conformacional. 37 A Al electrodo de hidrógeno se le ha asignado por convenio un potencial standard de cero. Los compuestos con potencial redox negativo tenderán a reducir los protones a gas hidrógeno, en tanto que los compuestos con potenciales de óxido-reducción positivos tenderán a aceptar electrones a partir de H2. Los potenciales redox standard se aplican a las situaciones en que todos los reactivos y todos los productos se encuentran en concentraciones 1 M, y a presiones de una atmósfera. 38 B El cambio energético libre standard de una reacción se puede calcular a partir del potencial standard de reducción con la fórmula: DG0 = ‑n F D E0 39 B El transporte de electrones por la cadena respiratoria produce una liberación gradual de energía libre. En el paso de electrones desde el citocromo b a los citocromos c, existe un descenso acusado de energía 9,9 kcal (41,4 kj), lo suficientemente grande para que se origine la formación acoplada de 1 molécula de ATP a partir de ADP + Pi. 40 B Los puntos de formación de ATP serán aquellos en los que la energía liberada sea suficiente para formar una molécula de ATP. Teniendo en cuenta la cadena respiratoria serán: Entre el NAD+ y el CoQ, entre el citocromo b y el c 1 y entre los citocromos a y el oxígeno. 41 C Tiene el mismo grupo prostético que el citocromo c, reacciona con el citocromo c1 pero no con el a, su función es la de actuar sobre el C 0Q. Se encuentra íntimamente unido a la membrana mitocondrial. Su potencial redox standard es más bajo que los citocromos c y a. E′0 (V)     

Cit b Cit c Cit a             0,035 - 0,05 0,26 0,28 - 0,30

42 D Cada citocromo transporta solamente un electrón. Citred (Fe2+)  

  Citox (Fe3+) + 1 e‑

Lo cual quiere decir que, si los electrones se transportan de dos en dos, por cada molécula de NAD+, FAD y CoQ existen dos citocromos de cada tipo.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

43 D La estructura del NAD es la siguiente: Unión por enlace pirofosfórico entre un mononucleótido de Adenina (AMP) y un mononucleótido de Nicotinamida (NMN); es el NADP el que contiene otro equivalente de ácido fosfórico en el carbono 3′ del AMP, es decir, en el C‑3 de la Ribosa adenílica. 44 C La transformación cuantitativa del NAD y NADP en NADH + H+ y NADPH + H+ respectivamente se pude comprobar en el laboratorio mediante el espectro de absorción de luz de ambas formas: La forma reducida presenta 2 máximos de absorción a 260 y a 340 nm. La forma oxidada tiene un máximo de absorción a 260 nm. 45 C Una forma de estudio de la reducción de los piridinucleótidos es midiendo los cambios de pH, ya que la reducción de estos compuestos producen la liberación de un protón. Sustrato reducido + NAD+  

  Sustrato oxidado + NADH + H+

46 D La Riboflavina es un derivado de la Isoaloxacina, la cadena lateral de la riboflavina corresponde a un pentaalcohol, el D‑Ribitol, que se une al N‑9 de la Isoaloxazina. Se sitúan igualmente dos grupos metilo, uno en el C‑6 y otro en el C‑7. 47 A Los componentes de esta clase de deshidrogenasas necesitan o bien NAD o NADP que contienen Nicotinamida, derivado de la piridina, se designan genéricamente como deshidrogenasas ligadas a la piridina. 48 C La capacidad de oxidorreducción de estos coenzimas radica o reside en los nitrógenos 1 y 10 de su estructura; éstos son capaces de aceptar un átomo de hidrógeno cada uno mediante una reducción que se realiza en dos etapas, la primera de las cuales conduce a la formación de una semiquinona, que contiene un electrón desapareado. A diferencia del NAD+, estos coenzimas aceptan 2 átomos completos de hidrógeno, de ahí que se les represente en su forma reducida como FMNH2 y FADH2. 49 E La actividad redox de la Ubiquinonas radica en la capacidad de pasar de la forma quinónica a la hidroquinónica con ganancia de 2H+ + 2 e‑. 50 B La estructura química del C0Q, corresponde a un derivado de la parabenzoquinina con cuatro sustituyentes en el núcleo; 2,3-dimetoxi,5-metil benzoquinona, con una cadena lateral poliisoprenoide en el carbono 6.

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Bioenergética

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51 B Las células contienen compuestos como el fosfoenol piruvato, el acetilfosfato y la creatina fosfato, con energías libre estándar de hidrólisis mucho mayores que la del ATP (Tabla II, teoría). 52 D La NADH‑Q reductasa está formada por unas 24 cadenas polipeptídicas y por dos tipos de grupos prostéticos: FMN y complejos hierro-azufre del tipo (2Fe-2s) y (4Fe-4s). 53 A La succinato-Q-reductasa (Complejo II), a diferencia de los otros complejos proteicos (NADH-Q-reductasa, citocromo reductasa y citocromo oxidasa), no bombea protones. 54 E El complejo citocromo oxidasa es una hemoproteína, constituida por unas ocho unidades y contiene 2 grupos hemo A, uno se denomina a y el otro a3, y los iones cobre, cataliza la transferencia de electrones desde el citocromo c reducido al O2. 55 D La síntesis de ATP se lleva a cabo mediante un complejo proteico situado en la membrana interna mitocondrial, denominada ATPasa mitocondrial o ATPsintetasa, y consta de dos componentes, F 1 y F0. La ATP sintetasa acopla la síntesis de ATP al desacoplarse impiden que se produzca la fosforilación oxidativa como el 2,4-dinitrofenol, la oligomicina y el dicumarol. 56 B EL FADH2 se incorpora a la cadena respiratoria a nivel del coenzima Q, la transferencia de electrones desde el FADH 2 a la ubiquinona (Coenzima Q) está catalizada por la succinato-ubiquinona reductasa. FAQH2 ↓ NADH → NADH-Q → Q → Citocromo → Citocromo → Citocromo → O2 reductasa reductasa C oxidasa 57 C En la oxidación NADH y del FADH2 por la cadena transportadora de electrones mitocondrial se produce, respectivamente, 3 ATP por cada molécula oxidada de NADH y 2 ATP por cada molécula de FADH 2. 58 B La oxidación del NADH y el FADH 2 por la cadena transportadora de electrones está acoplada a la fosforilación del ADP, mecanismo en el que se genera un gradiente de protones a través de la membrana mitocondrial interna, protones que son bombeados desde la matriz mitocondrial hacia el exterior de la membrana interna mitocondrial.

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

59 B El NADH se oxida a NAD+ a través de la cadena respiratoria. El transporte electrónico fue acompañado de la formación de tres moléculas de ATP a partir de ADP y Pi. Por tanto, la oxidación y la fosforilación son procesos acoplados. 60 B El fosfoenolpiruvato tiene energía libre de hidrólisis (DG0 = ‑14,8 kcal / mol) mucho mayor que la del ATP (DG0 = ‑7,3 kcal / mol). Esto significa que el fosfoenolpiruvato puede transferir su grupo fosfato al ADP para formar ATP. El ATP tiene una energía libre de hidrólisis intermedia entre las moléculas fosforiladas biológicamente importantes, esto hace del ATP un eficiente transportador de grupos fosfóricos. 61 D El ATP es una molécula rica en energía porque su unidad trifosfato contiene dos enlaces anhidro fosfórico, así cuando el ATP se hidroliza se desprende una gran cantidad de energía libre: ATP + H2O   ATP + H2O  

  ADP + Pi   AMP + PPi

∆G0 = ‑7,3 ó ‑8,2 kcal / mol ∆G0 = ‑7,3 ó ‑8,4 kcal / mol

62 E Hay otros nucleótidos de estructura análoga al ATP que poseen igual valor de la DG0 como: UTP, GTP, CTP, dTTP y otros, pero la concentración de todos ellos es mucho menor que la del ATP en la célula. 63 C En la cadena respiratoria, los electrones fluyen desde el par redox cuyo valor de E′0 es más electronegativo hacia el par con E′0 más electropositivo, puesto que de esta forma disminuye la energía libre del sistema que reacciona. 64 D La cadena respiratoria transportadora de electrones genera un gradiente electroquímico de protones a través de la membrana mitocondrial interna. La teoría quimiosmótica sugiere que la energía libre almacenada en este gradiente de protones es utilizada para sintetizar ATP, proponiendo que la oxidación está indirectamente acoplada a la fosforilación. 65 D En la cadena respiratoria se pueden bloquear las transferencias de electrones mediante inhibidores específicos. Por ejemplo la rotenona y el amital bloquean el transporte de electrones en la NADH‑Q reductasa y, por tanto, impiden el uso de NADH como sustrato, luego bloquean el paso de NADH-Qreductasa a QH2.

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Tablas y constantes

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Tablas y constantes Símbolos y pesos atómicos de los elementos químicos Elemento

Símbolo Peso atómico Elemento

Actinio Aluminio Americio Antimonio Argón Arsénico Astato Azufre Bario Berilio Berkelio Bismuto Boro Bromo Cadmio Calcio Californio Carbono Cerio Cesio Cinc Circonio Cloro Cobalto Cobre Cromo Curio Disprosio Einstenio Erbio

Ac Al Am Sb Ar As At S Ba Be Bk Bi B Br Cd Ca Cf C Ce Cs Zn Zr Cl Co Cu Cr Cm Dy Es Er

227 27 (243) 121,8 39,9 74,9 (210) 32,1 137,4 9 (247) 209 10,8 79,9 112,4 40,1 (251) 12 140,1 132,9 65,4 91,2 35,5 58,9 63,5 52 248 162,5 (254) 167,2

Símbolo Peso atómico

Escandio Sc Estaño Sn Estroncio Sr Europio Eu Fermio Fm Flúor F Fósforo P Francio Fr Gadolinio Gd Galio Ga Germanio Ge Hafnio Hf Helio He Hidrógeno H Hierro Fe Holmio Ho Indio In Iodo I Iridio Ir Kripton Kr Lantano La Laurencio Lw Litio Li Lutecio Lu Magnesio Mg Manganeso Mn Mendelevio Md Mercurio Hg Molibdeno Mo Neodimio Nd

45 118,7 87,6 152 (253) 19 31 (223) 156,9 69,7 72,6 178,6 4 1 55,9 164,9 114,8 126,9 193,1 83,8 138,9 (259) 6,9 175 24,3 54,9 (256) 200,6 96 144,3

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Elemento

Símbolo Peso atómico Elemento

Neón Neptuno Niobio Níquel Nitrógeno Nobelio Oro Osmio Oxígeno Paladio Plata Platino Plomo Plutonio Polonio Potasio Praseodimio Promecio Protactinio Radio Radón Renio

Ne Np Nb Ni N No Au Os O Pd Ag Pt Pb Pu Po K Pr Pm Pa Ra Rn Re

20,2 237 92,9 58,7 14 (254) 197,2 190,2 16 106,7 107,9 195,2 207,2 (244) 210 39,1 140,9 (145) 231 226,1 222 186,3

Símbolo Peso atómico

Rodio Rh Rubidio Rb Rutenio Ru Samario Sm Selenio Se Silicio Si Sodio Na Talio Tl Tantalio Ta Tecnecio Tc Teluro Te Terbio Tb Titanio Ti Torio Th Tulio Tm Uranio U Vanadio V Wolframio W Xenón Xe Yterbio Yb Ytrio Y

102,9 85,5 101,7 150,4 79 28,1 23 204,4 180,9 98,9 127,6 159,2 47,9 232,1 169,4 238,1 51 183,9 131,3 173 88,9

Algunos compuestos bioquímicos y sus abreviaturas Abreviatura

Compuesto

A Leu ACP ACTH Acil CoA ADH Ala AMP cAMP Arg Asn Asp ATP C CE CDP

Adenina Leucina Proteína transportadora de acilo Hormona adrenocorticotropa Acil-derivado de CoA Hormona antidiurética Alanina Adenosina monofosfato AMP cíclico Arginina Asparagina Aspartato Adenosina trifosfato Citosina Colesterol esterificado Citidina trifosfato

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Tablas y constantes

Abreviatura

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Compuesto

CL Colesterol libre CMP Citidina monofosfato CTP Citidina trifosfato CoA o CoASH Coenzima A CoQ Coenzima Q (ubiquinona) Cys Cisteína d‑ Desoxirribo‑ DNA Ácido desoxirribonucleico DOPA 3,4-Dihidroxifenilalanina FAD Flavina adenina dinucleótido (forma oxidada) FADH2 Flavina adenina dinocleótido (forma reducida) Fp Flavoproteína G Guanina GABA Ácido γ‑amino butírico Gal Galactosa GDP Guanosina difosfato Glc Glucosa Gln Glutamina Glu Glutamato Gly Glicina o glicocola GMP Guanosina monofosfato GTP Guanosina trifosfato GSH Glutatión Hb Hemoglobina HDL Lipoproteína de alta densidad His Histidina HMG-CoA β‑hidroxi-β-metilglutaril CoA IDL Lipoproteínas de densidad media IgG Inmunoglobulina G Ile Isoleucina ITP Inosina trifosfato K m Constante de Michaelis-Menten LDL Lipoproteínas de baja densidad Leu Leucina Lys Lisina Mb Mioglobina Met Metionina NAD+ Nicotinamida adenina dinucleótido (forma oxidada) NADH + H+ Nicotinamida adenina dinucleótido (forma reducida) NADP+ Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (forma oxidada) NADPH + H+ Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato (forma reducida) PEP Fosfoenolpiruvato Phe Fenilalanina

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Abreviatura

Compuesto

PL P i PPi Pro PRPP QM RNA mRNA rRNA tRNA RNasa SAM Ser T Tg Thr TPP Trp TTP Tyr U UDP UDP-galactosa UDP-glucosa UMP UTP Val VLDL

Fosfolípidos Orotofosfato inorgánico Pirosfosfato inorgánico Prolina Fosforribosilpirofosfato Quilomicrones Ácido ribonucleico RNA mensajero RNA ribosómico RNA de transferencia Ribonucleasa S-adenosil metionina Serina Timina Triacilglicerol Treonina Tiamina pirofosfato Triptófano Timidina trifosfato Tirosina Uracilo Uridina difosfato Uridina difosfato galactosa Uridina difosfato glucosa Uridina monofosfato Uridina trifosfato Valina Lipoproteínas de muy baja densidad

Múltiplos y submúltiplos Símbolo

Nombre

T G M K m µ n p f a

tera giga mega kilo mili micro mano pico femto atto

Equivalencia 1012 109 106 103 10‑3 10‑6 10‑9 10‑12 10‑15 10‑18

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Tablas y constantes

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Algunas unidades Longitud Masa Capacidad Molaridad Molaridad Fracción molar de soluto Radiactividad

1 Å = 10‑8 cm (Å = Ångström) 6,02 ·  1023 daltons = 1 g 1 litro = 1000,027 cc moles de soluto / litro de disolución moles de soluto / kg de disolvente moles de soluto / moles totales 1 curio = 3,7 ·  1010 desintegraciones / s

Longitudes de enlace (nm) Enlace

Ejemplo

C  N  O  S  C  C  C  C  C  C  C  C  C 

alcanos aminas alcoholes tioles alcanos aminas alcoholes sulfuros alquenos cetonas alquinos nitrilos benceno

 H  H  H  H  C  N  O  S  C  O  C  N  C

Longitud 1,07 1,00 0,96 1,34 1,53 1,47 1,43 1,81 1,35 1,22 1,20 1,16 1,39

× × × × × × × × × × × × ×

10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1 10‑1

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Bioquímica Estructural. Conceptos y Tests

Energía de enlace (en kj / mol) Enlace

Ener gía

H   H H   C H   N H   O O   O N   N C   C C   C C   C N   N O   O C   O C   O enlace de hidrógeno

434,72 409,64 384,56 455,62 489,06 940,50 334,40 (355,3) 606,10 827,64 154,66 142,72 330,22 723,14 16,72

Masas moleculares de biomoléculas Molécula

Fórmula

Agua Amoniaco Oxígeno Nitrógeno Dióxido de Carbono Sulfuro de Hidrógeno Ácido fosfórico

H2O   NH3   O2   N2   CO2   SH2   H3PO4  

Ácido Ácido Ácido Ácido Ácido Urea

C2H4O2   60 C3H6O3   90,1 C4H8O2   88,1 C6H8O7H2O 210,2 C 4H 6O 4 118,1 CH4N2O   60   

acético láctico butírico cítrico succínico

Masa 18 17 32 28 44 34 98   

Inorgánicas

Orgánicas

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Bibliografía

 

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