Enciclopedia concisa de bioquímica [Reprint 2020 ed.] 9783112327869, 9783112327852

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ENCICLOPEDIA CONCISA DE BIOQUÍMICA

Enciclopedia concisa de bioquímica se publicó originalmente en alemán con el título de Brockhaus ABC Biochemie Copyright © 1976; 1981 VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig. La primera edición en lengua inglesa fue publicada con el título de Concise Encyclopedia of Biochemistry en 1983 por Walter de Gruyter & Co., Genthiner Straße, 13 1000 Berlin 30, siendo traducida, revisada y actualizada por Thomas Scott y Mary Brewer. La primera edición se publicó en marzo de 1983, reimprimiéndose con correcciones en octubre de 1983. Segunda edición en lengua inglesa publicada en 1988 por Thomas Scott, Ph.D. Department of Biochemistry University of Leeds Leeds, England

Mary Eagleson, Ph.D. Berkshire Road Sandy Hook Connecticut 06842, USA

Traducción a cargo de Dr. Joaquín Soler Molina Dr. Ángel Reglero Chillón Dr. Pedro Calvo Fernández Dr. José María Luengo Rodríguez Departamento

de Bioquímica, Universidad de León

Dr. Miguel Calvo Rebollar Departamento

de Producción Animal y Tecnología de los Alimentos, Universidad de Zaragoza

Dra. Emilia Latorre Macarrón Dra. en Biología, Universidad de Valladolid Coordinación y revisión final Dra. Emilia Latorre Macarrón

Enciclopedia concisa de bioquímica

Thomas Scott y Mary Eagleson

Editorial ACRIBIA, S.A. ZARAGOZA (España)

Título

original:

Revisión y actualización

Concise Encyclopedia Biochemistry, S e c o n d Edition

por:

Editorial:

Thomas Scott y Mary Eagleson W a l t e r d e Gruyter & C o . G e n t h i n e r Straße, 13 1000 Berlin 3 0

C o p y r i g h t © 1 9 8 3 , 1 9 8 8 by W a l t e r d e Gruyter & Co., Berlin All rights reserved ©

D e la edición en lengua española Editorial Acribia, S.A., A p a r t a d o 4 6 6 50080 Z A R A G O Z A (España)

I.S.B.N.: 84-200-0832-X

IMPRESO EN ESPAÑA Reservados

PRINTED IN SPAIN

todos los derechos para los países de habla española. Este libro no podrá ser reproducido forma alguna, total o parcialmente, sin el permiso de los editores.

Depósito legal: Z-915-97

en

Editorial ACRIBIA S.A.- Royo, 23 - 50006 Zaragoza

Imprime: Tipo Línea S.A. - Isla de Mallorca, s/n. - 50014 Zaragoza, 1997

Prólogo a la segunda edición

En la preparación de la primera edición se consumió una gran cantidad de tiempo y de esfuerzo académico en el ejercicio de traducción. En la segunda edición hemos podido dedicarnos exclusivamente a recopilar y clasificar material nuevo y a revisar el antiguo. Da una medida de la velocidad del desarrollo de la bioquímica, que la ingeniería genética y la clonación del DNA, ampliamente tratadas es esta segunda edición, recibieran una atención escasa en la primera. Las entradas referentes a proteínas describían sus propiedades físicas, métodos de purificación, estructura y función. Ahora es siempre necesario preguntarse si una proteína se ha estudiado por medio de la tecnología del DNA recombinante y, si es así, con qué objeto. De hecho, las estructuras primarias de las proteínas estudiadas más recientemente no se han determinado por análisis directo, sino por predicción a partir de la secuencia nucleotídica del gen clonado. Aquí debe hacerse una advertencia: la entrada acerca de las lectinas describe un nuevo tipo de modificación proteica posttraduccional descubierta, que da lugar a una estructura primaria que no podía haberse deducido de la secuencia nucleotídica del gen. Nuestra política ha sido incluir todas las áreas de la bioquímica. La mayor parte del material nuevo se clasifica como metabolismo, regulación del metabolismo, biología molecular, enzimologia, función proteica no enzimàtica o productos naturales. Además, hemos intentado cubrir de manera ecuánime (aunque evidentemente no por igual) la bioquímica animal, médica, microbiologica y vegetal. La numeración EC de las enzimas procede de las «Recommendations ( 1984) of the Nomenclature Commitee of the International Union of Biochemistry on the Nomenclature and Classification of Enzyme-Catalysed Reactions» («Enzyme Nomenclature», Academic Press, 1984). Vaya nuestro agradecimiento a los colegas que sugirieron nuevas entradas, proporcionaron información acerca de sus áreas específicas de trabajo y criticaron el manuscrito. Los comentarios de lectores de diferentes países nos han sido de gran utilidad y esperamos que la segunda edición tenga una acogida similar. Mrs. Ingrid Ullrich de Gruyter Publishers supervisó la producción de las galeradas y de las pruebas, así como la reproducción gráfica de un gran número de diagramas nuevos. El Dr. Rudolf Weber de Gruyter Publishers, al que agradecemos su asesoramiento y apoyo, diseñó el plan de trabajo en lo que a corrección de pruebas y circulación del manuscrito entre los EE UU, Berlín e Inglaterra se refiere.

Mary Eagleson Sandy Hook, Connecticut, EE UU Thomas Scott Leeds, Yorkshire, Inglaterra

Prólogo a la primera edición

La «Brockhaus ABC Biochemie» se publicó por primera vez en Leipzig en 1976, siguiéndole la segunda edición en 1981. Cuando decidimos traducir este libro, basado en la segunda edición alemana, estaba claro que ello supondría también un trabajo considerable de actualización de las entradas ya existentes y de introducción de material nuevo. Por supuesto, una tarea de este tipo no se acaba nunca. Es raro y puede considerarse afortunado el editor o autor de libros de ciencias de la vida, especialmente de bioquímica, cuyo material esté totalmente actualizado en el momento de la publicación: el progreso en este campo es muy rápido y no da señales de disminuir. No obstante, en ello radican el reto y el interés de una empresa de este tipo. Hemos comenzado ya a recoger, clasificar y preparar nuevo material con vistas a otra edición. Nuestra edición difiere de la alemana en que hemos citado algunas referencias bibliográficas nuevas. Se han incluido con parte del material nuevo y esperamos que resulten útiles a aquellos lectores que deseen una información más amplia, adecuada a una obra de este tipo. Donde ha sido posible hemos indicado la numeración EC (Enzyme Comission) de las «Recommendations (1978) of the Nomenclature Commitee of the International Union of Biochemistry on the Nomenclature and Classification of Enzyme-Catalysed Reactions» (publicadas en «Enzyme Nomenclature», Academic Press, 1979). Pedimos disculpas a aquellos bioquímicos cuyo compuesto, mecanismo o ruta favoritos no se hayan incluido y agradeceríamos las sugerencias acerca de nuevas entradas. También hemos tenido en cuenta que un libro de referencia tiene que mirar asimismo hacia el pasado, defieniendo términos ya en desuso, pero que se encuentran cuando se consulta bibliografía más antigua. A este respecto, serán bienvenidas las sugerencias de nuestros lectores más veteranos. Finalmente, agradecemos al Dr. Rudolf Weber de Gruyter Publishers su asesoramiento y entusiasmo en la preparación del manuscrito y en la producción de este libro.

Mary Brewer Menlo Park, California, EE UU Thomas Scott Leeds, Yorkshire, Inglaterra

Cómo se usa este libro

Las referencias cruzadas se indican con la palabra «véase» y el objeto de la referencia cruzada se escribe con mayúscula, por ej., en Factor de crecimiento nervioso (véase), o véase Inducción enzimàtica. Los números, letras griegas y las referentes a la configuración al principio de los nombres se ignoran en la ordenación alfabética; por ej., (3-Galactosidasa aparecerá en la G, L-Histidina en la letra H; N-2-Hidroxietilpiperacina en la H. El título de la entrada principal está escrito en negritas (se ha conservado el término inglés), seguido de los sinónimos en cursivas negritas. El resto del texto utiliza sólo otros dos tipos de letra, normal y cursiva. Abreviaturas: (las abreviaturas bioquímicas estándar, por ej. ATP, NAD, etc., se encuentran como entradas en el orden alfabético adecuado). abrev. [a] p.e. c °C (d) P IP M• p.f. M n sin.

abreviatura rotación óptica específica punto de ebullición concentración grados Celsius con descomposición densidad punto isoeléctrico -molar punto de fusión masa molecular relativa índice de refracción sinónimo

A

A: nucleótido (en un ácido nucleico) en el que la base es adenina; abrev. de absorbancia. A: Angstrom, unidad de longitud = 10""' m. Abrina (Abrin): véase Ricina. Abscísico, ácido (Abscisic acid), abrev. ABA, abscisina, dormina: ácido (S)-(+)-5-(l'-hidroxi4'-oxo-2', 6', 6'-trimetil-2-cicIohexen-l-il)-3-metilcis,trans-2,4-pentadienoico, hormona vegetal sesquiterpénica que parece estar en todas las plantas. Su acción es principalmente inhibidora: es antagonista de auxinas, giberelinas y citocininas. Induce el letargo en semillas y promueve la caída de hojas y frutos, y está presente en grandes cantidades en frutos, semillas inactivas, brotes y hojas marchitas. El éster de (3-D-glucosa se ha encontrado en el altramuz amarillo (Lupinus luteus), la rosa (Rosa), las alubias (Phaseolus), el arce (Acer pseudoplantanus). Se valora espectroscópicamente y por métodos biológicos basados en sus propiedades inhibidoras del crecimiento. No se conoce su biosíntesis; se ha propuesto una ruta directa desde el pirofosfato de isopentenilo, vía pirofosfato de geranilo y de farnesilo, o la formación a partir de carotenoides por escisión fotoquímica de violaxantina, vía xantonina. Addicot y Lyon lo aislaron por primera vez en 1963 en las cápsulas del algodón y Wareing en hojas de arce; su estructura se determinó en 1965. Hay dos formas esteroisoméricas según la orientación cis o trans del doble enlace A2 3. La forma cis es la predominante en todas las plantas; ocasionalmente se encuentran pequeñas cantidades del isómero trans, sólo activo cuando

(S)-(+)-Acido abscísico

el bioanálisis se realiza en presencia de luz, que presumiblemente induce isomerización a la forma cis. Los dos estereoisómeros son ópticamente activos (C asimétrico en C-1'), pero sólo se encuentra en la naturaleza la forma (+). Absorbancia, (Absorbance), extinción, densidad óptica: medida de la cantidad de luz que absorbe una solución. Es igual a log / //, donde / es la intensidad de la luz incidente e / la de la luz transmitida. Absortividad (Absorptivity), índice de absorbancia, coeficiente de absorción: constante de proporcionalidad en la ley de Beer de la absorción de luz: A = le, donde A es la absorbancia, / la longitud del trayecto de luz y c la concentración. Si la concentración se expresa en moles, representa la absortividad molar, coeficiente de absorción molar o coeficiente de extinción molar, es decir, = A/lc, donde l es la longitud del trayecto de luz en cm, y c la concentración molar. Acatalasia (Acatalasia): véase Errores congénitos del metabolismo. Aceites (Oils): compuestos orgánicos líquidos, insolubles en agua. Son combustibles, más ligeros que el agua, y solubles en éter, benceno y otros solventes orgánicos. Los A. naturales pueden ser acilgliceroles, p.ej. los aceites que almacenan ciertas semillas o los aceites del hígado de pescado (véase Grasas), o lípidos no saponificables, p.ej. los Aceites esenciales (véase). Aceites absolutos (Absolute oils): véase Aceites esenciales. Aceites esenciales (Essential oils): mezcla extremadamente heterogénea de productos vegetales lipofílicos con olores característicos. La Organización de Estándares Internacionales (ISO) define los A.e. en sentido estricto como los destilados al vapor de plantas, o los aceites obtenidos prensando el hollejo de ciertos frutos cítricos. En la práctica, sin embargo, se incluyen en 1

Acetaldehído

el término los productos de extracción con disolventes orgánicos, del «enfleurage» o maceración de flores (aceites florales) y los resinoides, que se extraen de otras partes de las plantas, resinas y bálsamos. Acetaldehído (Acetaldehyde), etanal: CH 3 CHO, importante producto intermedio de la degradación de glícidos. Su forma activa (véase pirofosfato de Tiamina) interviene en diversas reacciones (véase Fermentación alcohólica). Por condensación aciloínica de dos moléculas de A. se forma Acetoína (véase). Acetaldehído activo (Active acetaldehide): véase pirofosfato de Tiamina. 3'-Acetamido-3'-desoxiadenosina (3'-Acetamido-3'-deoxyadenosine): véase 3'-Amino-3'desoxiadenosina. Acetato activo (Active acetate): véase Acetilcoenzima A. Acetato quinasa (Acetate kinase), acetoquinasa (EC 2.7.2.1): véanse fosfato de Acetilo y escisión fosforoclástica del Piruvato. Acético, ácido (Acetic acid), ácido etanoico: CH 3 -COOH, ácido monocarboxílico muy común. Se encuentra libre, como producto final de la fermentación y de reacciones de oxidación, en algunos organismos. El acetato se forma metabólicamente por deshidrogenación del acetaldehído, reacción catalizada por la aldehido oxidasa (EC 1.2.3.1) o por una aldehido deshidrogenasa NAD(P) + -dependiente (EC 1.2.1.3). La forma activa, el Acetil-coenzima A (véase), es una sustancia clave en el metabolismo intermedio. Acetilcarnitina (Acetylcarnitine): véase Carnitina. Acetil-coenzima A (Acetyl-coenzyme A), acetil-CoA, acetato activo: CH 3 -CO - SCoA, derivado del ácido acético en el que el residuo acetilo está unido al grupo SH libre de la coenzima A por un enlace de alta energía. Ai 809,6, Xn¡Sx = 260 nm. El tioéster, muy reactivo, tiene un alto potencial para transferir el grupo acetilo, por lo que es un intermediario universal que proporciona fragmentos 2 C para numerosas síntesis. La energía libre del enlace (34,3 kJ/mol = 8,2 kcal/ mol) no tiene, sin embargo, significación como forma de almacenar energía. En las reacciones de transferencia mediadas por acetil-CoA, pueden reaccionar el grupo carboxilo (reacción electrofílica) o el grupo metilo (reacción nucleofílica). Las rutas más importantes de 2

síntesis de acetil-CoA son, de manera destacada: 1) descarboxilación oxidativa de piruvato, 2) degradación de ácidos grasos y 3) degradación de ciertos aminoácidos. La formación de acetil-CoA implica: 1) transferencia de un grupo acetilo desde un donante adecuado, como piruvato, con reducción simultánea de NAD + , o 2) activación de acetato libre en una o dos etapas que requieren ATP y coenzima A libre. El acetil-CoA es el eje del metabolismo de los glícidos y tiene una posición central en el conjunto del metabolismo, canalizando los productos del metabolismo de glícidos, grasas y proteínas hacia la degradación oxidativa en el ciclo TCA. El residuo acetilo se utiliza en la síntesis de ésteres y amidas (p.ej., acetilcolina, N-acetilglucosamina, N-acetilglutamato). El acetil-CoA es también el punto inicial de la síntesis de isoprenoides, vía ácido mevalónico, y de la síntesis de ácidos grasos. Esta ruta es especialmente importante y fue dilucidada en 1951 por Lynen y Lipman. Acetilcolina (Acetylcholine): Neurotransmisor (véase) colinèrgico muy activo en nervios y sinapsis neuromusculares. Tras su liberación en la sinapsis desde la terminal nerviosa, se une al receptor de la neurona postsináptica desencadenando en ella una respuesta; entonces se libera del receptor y es rápidamente degradada por la acetilcolinesterasa (EC 3.1.1.7). Los nervios que usan A. para su transmisión química se llaman colinérgicos, y son: los nervios motores de los músculos esqueléticos, los preganglionares, incluyendo los que van a la médula suprarrenal, los postganglionäres p a r a s i m p á t i c o s , los postg a n g l i o n ä r e s s i m p á t i c o s de las g l á n d u l a s sudoríparas, algunos postganglionäres simpáticos de los vasos s a n g u í n e o s de los m ú s c u l o s esqueléticos. Según su concentración ejerce dos efectos fisiológicos diferentes. La inyección de pequeñas cantidades de A. produce la misma respuesta que la Muscarina (véase), es decir, disminución de la tensión arterial (debido a la vasodilatación) y del ritmo cardíaco, incremento de la contracción del músculo liso en muchos órganos y secreción abundante de las glándulas exocrinas; a todo ello se denomina efecto muscarínico de la A. La atropina neutraliza este efecto (de la muscarina o de la A.). Tras la administración de atropina, cantidades grandes de A. producen aumento de la presión sanguínea, similar al que causa la nicotina, por lo que se denomina efecto

Acetilcolina

Tabla. Reacciones en las que se sintetiza

acetil-CoA. Distribución/ Significación

Enzima

Reacción

Acetil-CoA sintetasa (EC 6.2.1.1)

C H 3 C 0 - 0 + ATP + CoA ^ CH.COO-CoA + AMP + PP( 3 CH 3 COO-+ GTP + C o A ^ CH3CO-COA + GDP + P.

Levaduras, animales

Acetato quinasa (EC 2.7.2.1.) Fosfato acetiltransferasa (EC 2.3.1.8) ATP-citrato (pro-3S) liasa (EC 4.1.3.8)

CH 3 COO + ATP ^ CH 3 C0-0-P0 3 H 2 + ADP CH 3 C0-0-P0 3 H 2 + C o A ^ CH 3 CO-CoA + P.

Microorganismos

Citrato + ATP + CoA ^ C H 3 C O - C O A + Oxalacetato + ADP + P.

Exterior de la mitocondria

Complejo piruvato deshidrogenasa (EC 1.2.4.1 ; 2.3.1.12; 1.6.4.3)

Piruvato + NAD + + CoA ^ CH 3 CO-CoA + C 0 2 + NADH + H+

Partículas mitocondriales Implica TPP, LipS 2

Acetil-CoA transacetilasa (EC 2.3.1.9)

Acetoacetil-CoA + CoA 2CH3CO-COA

Degradación de ácidos grasos

Acil-CoA sintetasa (formadora de GDP) (EC 6.2.1.10)

nicotinico de la A. El término nicotinico se refiere a la acción de la A. en células ganglionares autónomas y en fibras de los músculos esqueléticos, y a otras acciones que se pueden bloquear por agentes ganglionares o neuromusculares. Los efectos muscarínicos y nicotínicos están mediados por los correspondientes receptores. La unión de A. al receptor nicotinico desencadena una respuesta rápida (1-2 milisegundos) por activación directa de los canales de Na + , causando la despolarización de la membrana postsináptica. La respuesta del receptor muscarínico es más lenta, y actúa por inhibición de la adenilciclasa, escisión de fosfoinosítidos y modulación de los canales de K + por acción de proteínas reguladoras de la unión de nucleótidos de guanina, conocidas como proteínas G [D. Brown Nature 319

CH,

I

3

H3C-N*-CH2-CH2OH CH, Colina

y plantas superiores Hígado

Microorganismos

^

(1986) 358-359]. El receptor muscarínico tiene varios subtipos f u n c i o n a l e s que r e a c c i o n a n selectivamente con diferentes proteínas G. Se han encontrado sinapsis colinérgicas nicotínicas en las uniones neuromusculares de vertebrados, en ciertos ganglios, en sinapsis centrales y en el órgano eléctrico de Torpedo. Las sinapsis colinérgicas muscarínicas operan en el músculo liso, músculo cardíaco, ganglios y en muchas regiones del cerebro y el sistema nervioso central, donde son 10100 veces más numerosas que las nicotínicas. Se distinguen con drogas que bloquean o estimulan específicamente un solo tipo de sinapsis (Tabla). La Mr del receptor colinèrgico nicotinico del órgano eléctrico de Torpedo es 250.000, con 4 subunidades de M t 45.000 (a), 50.000 (P), 60.000 (y) y 65.000 (5) en proporción 2:1:1:1. Son

Acetil-Coa: colina O-acetiltransferasa (EC 2.3.16) 0 A n colina Acetii COA acetilasa CH,
*

,

0

11

H3C-N -CH2-CH2-O-C-CH3

*

acetat0

Acetilcolinesterasa

'

(EC. 3.1.1.7.)

CH 3

Acetilcolina

glicoproteínas cuya secuencia de aminoácidos presenta grandes homologías. El receptor del músculo de los mamíferos parece ser similar [B.M. Conti-Troconi et al. Science 218 (1982) 1227-1229]. Se ha clonado y secuenciado el DNA de las cuatro subunidades [M. Noda et al. Nature 301 (1983) 251-254], El receptor colinèrgico nicotinico se concibe como un complejo de proteínas integrales de membrana que actúa como canal de entrada de iones [J.S. Linstrom et al. Cold Spring Harbor Symp. Quant Biol. 48 89-99], El cDNA del receptor colinèrgico muscarínico de cerebro porcino se ha clonado, sequenciado y expresado en ovocito de Xenopus [T. Kubo et al. Nature 323 ( 1986) 411 -426] ; la estructura primaria muestra similitudes con las del adrenoceptor 5 2 y la rodopsina, sugiriendo variaciones de un tronco estructural común. Las sinapsis colinérgicas se identifican por localización histoquímica de la acetilcolinesterasa según la técnica de Koelle y Friedenwald [G.B. Koelle Handb. Exp.Pharmakol. 15 (1963) 187298], La colinesterasa y la acetilcolinesterasa se distinguen usando inhibidores específicos de cada una (Tabla). Se utiliza acetil- o butil-tiocolina como sustrato, y el producto, tiocolina, se visualiza por precipitación con sales de plomo o cobre. Un marcador más específico para las neuronas colinérgicas (la acetilcolinesterasa está también presente en células dopaminérgicas de la sustancia nigra) es la colina acetilasa (EC 2.3.1.6). La A. es una hormona filogenèticamente antigua, que se encuentra también en protistas,

Antagonistas nicotínicos: D-tubocumarina, succinilcolina (despolarizante, desensibilizante), galamina, pempidina*, mecamilamina*, hexametonio*, pentolinio*, pancuronio, a-bungarotoxina. Inhibidor de la síntesis de acetilcolina: 4-naftilvinil-piridina. Inhibidores de la bomba (impiden la entrada de colina en la célula nerviosa, y por tanto la síntesis de acetilcolina): trietilcolina, hemicolinio. Inhibidores de la colinesterasa (se utilizan para eliminar la colinesterasa en la detección histoquímica de acetilcolinesterasa): di-isopropilfosfofluoridato, neostigmina, fisostigmina, edrofonio. Inhibidor de la liberación: toxina botulínica. Agentes de unión específica: a-bungarotoxina, mostaza de propilbenzililcolina, benzilato de quinuclidinilo. O II

(CH 3 ) 3 N C H 2 C H 2 - O - C - N H 2

Carbamilcolina (carbacol) (Primero estimula el músculo esquelético y después bloquea la transmisión neuromuscular). (C2H5)4 N

Tetraetilamonio (CH3)3N(CH2)5N(CH3)3

Pentametonio (CH 3 ) 3 N ( C H 2 ) 6 N ( C H 3 ) 3

Hexametonio

Tabla. Drogas que afectan a los sistemas colinérgicos. *: acción principalmente en ganglios periféricos. Para las fórmulas que no se muestran en la tabla véanse las voces correspondientes. Agonistas muscarínicos: acetilcolina, muscarina, carbacol, metacolina, betanecol, pilocarpina, arecolina, oxotremorina. Antagonistas muscarínicos: atropina, escopolamina, benzotropina (también bloquea la captación de dopamina), bromuro de quinuclidinilo, pirenzipina. Agonistas nicotínicos: acetilcolina, nicotina*, carbacol, arecolina, suberildicolina, tetrametilamonio*, feniltrimetilamonio*,dimetilfenilpiperazina*. 4

o NI

a

-(CH,)

N '

I

CH,

CH 3

v Bloqueantes de ganglios

Pentolinio ,CH 3

CH

-CH3 -CH3 NH — C H 3

Mecamilamina CH 3

H,C

N I

CH,

Pempidina

CH 3

Acetilo, fosfato de 0(CH2)2N(C2H5)3

0(CH 2 ) 2 N(C 2 H 5 |J ^0(CH 2 ) 2 N(C 2 H 5 ) 3

Galantina (bloquea la transmisión neuromuscular sin estimulación previa)

(CH3)3NCH2CH2-0-C-CH2

I

(CHj), NCHjCH,—0— C — CH, 2

II 0

Succittilcolina (suxametonio) (primero estimulad musculo esquelético, después bloquea la transmisión neuromuscular) OH

X

CH3

HO.

>c;

CH3

CH3

CH3

Hemicolinio (impide la entrada de colina en la célula nerviosa) (C 2 h 5 ) 3 n c h 2 c h 2 o h

Trietilcolina (impide la entrada de colina en la célula nerviosa) / CH 3 n—ch3

qch.

—

OCH,

Tubocurarina (bloquea la transmisión neuromuscular sin estimulación previa)

^

1II1

H 3 C—NI—ly^Vl—O—C —N

M

CH,

XeostifiiiiiiHi

N—C 2 H 5 ch3

Edrofonio

-y C H l

pudiendo ser el precursor evolutivo de las neurohormonas. Acetilcolina, receptor de (Acetylcholine receptor): véase Acetilcolina. Acetilcolinesterasa (Acetylcholinesterase) (EC 3.1.1.7): la «verdadera colinesterasa» cataliza la hidrólisis de acetilcolina en colina y acetato. Debido su alto número de recambio (0,5 x 106 moléculas de sustrato por molécula de enzima por minuto), la acetilcolina liberada en la sinapsis se hidroliza en 0,1 ms. Se encuentra en el sistema nervioso central, especialmente en las membranas postsinápticas de los músculos estriados, los ganglios parasimpáticos, los eritrocitos y los órganos eléctricos de los peces. Se ha aislado A. cristalina (Mr 330.000) en el órgano eléctrico de la anguila eléctrica (Electrophorus electricus). Consta de 4 subunidades inactivas idénticas, M r 82.500; la media m o l é c u l a f o r m a d a por 2 subunidades unidas covalentemente (Ai 165.000) es enzimáticamente activa. La escisión proteolítica de las subunidades produce dos fragmentos de Ai 60.000 y 22.500. El centro activo de la A. tiene dos zonas, el lugar de unión a n i ó n i c o para el n i t r ó g e n o cuaternario, responsable de la especificidad del alcohol, y el centro esterasa, donde una serina y una histidina catalíticas escinden el enlace éster. La enzima se inactiva por bloqueo del hidroxilo de la serina (por ésteres orgánicos de fosfato, como el di-isopropilfluorofosfato o el p-nitrofenilfosfato de dietilo), o del centro aniónico por derivados del trimetilamonio. Si se bloquea la enzima por organofosforados, se puede reactivar por sales de pralidoxima, por lo que se usan como antídotos en los envenenamientos por organofosforados. AT-Acetilglutámico, ácido (yV-Acetylglutamic acid), N-acetilglutamato, abrev. Ac-Glu: HOOCCH(NHCOCH 3 )-CH 2 -CH 2 -COOH, forma acetilada del ácido glutámico, cofactor de la fosfato de carbamilo sintetasa (amoníaco) (EC 6.3.4.16) a la que activa alostéricamente. Véase fosfato de Carbamilo. Acetilmetilcarbinol (Acetyl metil carbinol): véase Acetoína. Acetilo, fosfato de (Acetyl phosphate): CH 3 COO-PO(OH) 2 , fosfato de acilo rico en energía, producto de la activación del acetato en algunos organismos: Acetato + ATP 5'-AMP Fosfodiesterasa 0 / Inhibida por:

ACTH Metiixantinas, TSH pej. cafeína Glucagón Hormona del crecimiento Adrenalina Noradrenalina

Figura 3. Papel de la síntesis y degradación

del triacilglicerol

\© Estimulada por: Insulina

en el tejido

adiposo.

9

Aconitato hidratasa

grupo prostético. La A/ de las ACP aisladas hasta ahora está comprendida entre 8.600 (Clostridium butyricum) y 16.000 (levaduras). La proteína sintética apo-ACP, un polipéptido que contiene los aminoácidos 2 a 74 de la proteína de E. coli, actúa como sustrato para la sintetasa de la holo-proteína transportadora de acilos (EC 2.7.8.7); el producto es tan activo biológicamente como la holo-ACP natural. Aconitato hidratasa (Aconitate hydratase), aconitasa (EC 4.2.1.3): hidratasa que cataliza la interconversión reversible del citrato en isocitrato, una etapa del ciclo TCA. La reacción se realiza vía c¿í-aconitato, producto intermedio unido a la enzima. En equilibrio, las cantidades relativas son 90% citrato, 4% ci'j-aconitato y 6% isocitrato, es decir, está desplazado hacia la formación de citrato, pero durante la respiración tisular la reacción se desarrolla desde el citrato al isocitrato ya que éste es oxidado por la isocitrato deshidrogenasa. La enzima contiene Fe(II) y requiere un tiol como cisteína o glutatión reducido. El ion Fe(II) forma un quelado estable con el ácido cítrico. El análisis por rayos X de los complejos Fe(II) de los ácidos tricarboxílicos sugirieron la hipótesis de la «rueda ferrosa» para la acción de la aconitasa. Según este mecanismo, tres puntos de la molécula de c/j-aconitato se unen a la superficie de la enzima en lugares separados; la molécula forma también un complejo con el átomo de Fe(II) del centro activo. La adición trans estereoespecífica de agua al c/í-aconitato, para formar citrato o isocitrato, se realiza por rotación de la rueda, pudiendo añadir OH en cualquier lado de la molécula. La aconitasa se inhibe con fluorocitrato. En los tejidos animales hay dos isoenzimas, una en el citosol y otra en la mitocondria [Glusker, J.P. en BoyerP.D. (ed), The Enzymes, 5, 434, Academic Press Inc. (1971)]. Aconítico, ácido (Aconitic acid): ácido tricarboxílico insaturado, que generalmente se encuentra en forma cis y sólo algunas veces en forma trans. Forma cis, p.f. 130°C, forma trans, 195°C. Se descubrió en forma libre en el acónito, Aconitum napellus. La forma aniónica delc«-A.a. (ácido propeno-cí's-1,2,3-trioico) es importante como producto intermedio en la isomerización de citrato a isocitrato en el ciclo TCA (véase). Aconitina (Aconitine): alcaloide de Aconitum (véase Alcaloides terpénicos), esterificado, de las raíces del acónito (Aconitum napellus) y otras especies de Aconitum y Delphinium. Es extremadamente venenosa y 1-2 mg pueden causar la muerte en adultos, paralizando el 10

corazón y la respiración; los productos de su hidrólisis sólo son ligeramente tóxicos. A pesar de sus útiles propiedades fisiológicas, se utiliza raramente en medicina por su toxicidad. Se utiliza internamente como tintura para el reumatismo y neuralgias y externamente como pomada analgésica. Antiguamente, en Grecia y en la India se usaban preparaciones de A. para envenenar flechas. Aconitum, alcaloides de (Aconitum alkaloids): grupo de alcaloides terpénicos, algunos muy venenosos, de diversas especies de acónito (Aconitum). El mejor conocido es la Aconitina (véase). Acoplamiento inducido (Induced fit): véase modelo de Cooperatividad. Acoplamiento, factor de (Coupling factors): véase Cadena respiratoria. ACP: abrev. de proteína transportadora de Acilos (véase). Acrasina (Acrasin): sustancia atrayente secretada por los centros de agregación de las amebas sociales del limo, que estimula la agregación de las amebas unicelulares y la formación de cuerpos frutíferos. La A. de Dyctostelium es AMP cíclico (véase), lo que atestigua la antigüedad del uso de esta sustancia como hormona. La A. de Polysphondium violaceum es un dipéptido denominado «glorina»: 0 II 0

0 II

C-O—CH2—CH3

^C

H3C-CH2-C-NH-CH-CH2-CH2—C-NH-CH 1

V Propionil

'>

V Etilglutamil

O"

NH CH 2

\H2-CH2 Cicloomitina

ACTH: abrev. de hormona adrenocorticotrópica. Véase Corticotropina. Actinas (Actins): proteínas contráctiles presentes en muchos tipos de células, y componente esencial del complejo contráctil de las proteínas del Músculo (véase). Los microvilli, las micropúas (filopodios) y los estereocilios (células pilosas de la cóclea del oído y de otros órganos relacionados) contienen A. asociada con otras proteínas. Los microfilamentos del citoplasma celular consisten en A.F, polimerizada (véase Citoesqueleto). La A. monomérica, A.G, Ai 41.720, es una masa irregular (Fig.) que, según un modelo consensuado, forma un filamento helicoidal de A.F de 90-100 Á de diámetro, con su eje más largo en posición casi perpendicular al eje del filamento. Las posiciones de los monómeros en el filamento son flexibles, de manera

'

Actinomicinas

que las proteínas de unión al filamento (p.ej. tropomiosina) determinan una estructura periódica pero no helicoidal, con una distancia de repetición de 7 monómeros. [ D J . De Rosier and L.G. Tilney en J.W. Shay, ed. The Cytoskeleton, vol. 5. of Cell andMuscle Motility (Plenum Press, New York, 1985), págs. 139-169; E.H. Egelman, J. Mus. Res. Cell. Motil 6 (1985) 129151], Cada monómero de A. se une a 1 molécula de ATP; cuando se polimeriza, el ATP se hidroliza y el A D P resultante p e r m a n e c e unido a la A., aunque la hidrólisis no está acoplada a la propia polimerización, sino que se produce unos 10 segundos después de que el monómero se añada al polímero. El crecimiento del filamento produce una «capucha de ATP», región terminal en la que los monómeros están todavía unidos a ATP. Estos monómeros se disocian más lentamente que los unidos a ADP, de manera que la «capucha de ATP» promueve el crecimiento posterior del polímero. Por el contrario, el polímero en el que los monómeros se disocian más rápidamente que se añaden, tiene en sus extremos sendas regiones

Actina

de monómeros unidos a ADP, las cuales incrementan la velocidad de disociación. La adición y liberación de monómeros puede ocurrir en el extremo «aguzado» (pointed) o en el «barbado» (barbed) de la A.G, pero ambos procesos son unas 10 veces más rápidos en los extremos «barbados», lo que hizo pensar que la A.F crecía sólo en los extremos «barbados» y disminuía por liberación de monómeros en los extremos «aguzados», en un proceso de «cinta transportadora». [A. Wegner, Nature 313 (1985) 97-98]. La e s t r u c t u r a de la A. ha sido a l t a m e n t e conservativa a lo largo de la evolución, quizá debido al gran número de proteínas con las que interacciona específicamente. Actinomicinas (Actinomycins): numeroso grupo de antibióticos de lactonas peptídicas producidos por varias cepas de Streptomyces. Son compuestos rojos altamente tóxicos que contienen un cromóforo, el ácido 2-amino-4,6-dimetil-3cetofenoxacina-l,9-dioico (actinocina), que se une a dos lactonas peptídicas de 5 miembros por los grupos amino de dos residuos de treonina. Las diversas A. se diferencian sólo en la secuencia de aminoácidos de los anillos de lactona. ln vivo, i n h i b e n la t r a n s c r i p c i ó n de R N A por interacción con el DNA, a concentraciones que dependen de la composición de las bases del DNA; se necesita mayor concentración para D N A con contenido bajo de guanina. Son muy importantes farmacológicamente por sus efectos bacteriostáticos y citostáticos. La actinomicina D (Fig.) es una de las A. más a m p l i a m e n t e distribuidas. Su estructura espacial se ha dilucidado por estudios de R M N y la especificidad de su interacción con desoxiguanosina se demostró por análisis de rayos X. La A.D se usa como citostàtico, p.ej. en el tratamiento de la enfermedad de Hodgkin.

polimerizada

a. Modelo idealizado que muestra la disposición espacial de los monómeros de actina, representados como dos esferas fusionadas. Con permiso de DeRosier & Tilney. b. Las líneas continuas y discontinuas representan secciones en dos planos diferentes, separadas unos 27 Á y rotadas unos 167° con respecto al eje helicoidal. Con permiso de Egelman. 11

Activación gènica

Activación génica (Gene activation), expresión génica: Ningún organismo sintetiza continuamente todas las proteínas codificadas en su genoma. En procariotas, una célula (clon) puede incluso sufrir muchos ciclos de división sin producir enzimas para procesos catabólicos o anabólicos si no son necesarias, y otras enzimas se producen sólo en períodos específicos del ciclo celular; en eucariotas multicelulares, la situación es más compleja porque existen genes que sólo se expresan en tejidos específicos o en etapas específicas del desarrollo. En ambos tipos de células, la velocidad de transcripción de un gen varía ampliamente en respuesta a condiciones ambientales. En procariotas, la A.g. se realiza fundamentalmente por la unión de proteínas específicas (activadoras o represoras) al DNA adyacente al lugar de iniciación de la transcripción (el promotor). Véase Operón. En eucariotas, el DNA cromosómico está asociado con un gran número de proteínas. Las más abundantes son las histonas, muy básicas, de las que hay cinco tipos: H1-H5. Unos 200 pares de bases de la doble hélice de DNA rodean un núcleo central formado por las histonas H2-H5, constituyendo un nucleosoma; las Hl están asociadas con las secciones de DNA situadas entre los nucleosomas. Hay evidencia de que los nucleosomas intervienen en la A.g., ya que la RNA polimerasa no se puede unir al DNA que los rodea. Por tanto, si el lugar de iniciación de un gen está escondido en un nucleosoma, el gen no se puede transcribir. Aunque no se ha demostrado la existencia de operones en los genomas eucarióticos, la expresión de genes individuales puede estar sometida a un tipo similar de regulación. Los genes eucarióticos, como los procarióticos, tienen promotores, segmentos de DNA adyacentes al gen estructural que no se traducen y que están implicados en la unión de la RNA polimerasa al DNA, probablemente permitiendo la localización del lugar exacto del comienzo de la transcripción: el lugar de iniciación. En bacterias, proteínas específicas unidas al promotor determinan que el gen asociado (u operón) se transcriba o no; es muy probable que tales proteínas activadoras o represoras existan también para los genes eucarióticos. De hecho, en la familia del gen de la prolactina se ha demostrado que los complejos hormona-receptor que se unen al DNA lo hacen justo antes (desde el extremo 5') del gen estructural. 12

Por otra parte, el genoma de algunos virus que infectan células eucarióticas contiene potenciadores (enhancers), que incrementan la trascripción desde el promotor incluso a larga distancia, hasta 3.000 pares de bases en dirección anterior o posterior del potenciador, siendo eficaces tanto cuando están insertos en el genoma en dirección 5' —> 3' como 3' —> 5' en relación a la dirección de la transcripción. Los potenciadores tienen especificidad de tejido y de especie, pero presentan una secuencia central conservada, GGTGTGG ^ G. Se han encontrado estructuras homologas en los intrones de los genes de inmunoglobulinas y también pueden existir en otros genes celulares. Otra forma de regulación de la A.g. se descubrió en levaduras, que contienen normalmente genes sexuales de los tipos a y a . Cuando la célula se reproduce vegetativamente no se expresa ninguno de los genes sexuales, pero en determinadas circunstancias, los genes Mata o Mata (hay dos genes a y dos genes á) se desplazan a una posición diferente, cerca del centro del cromosoma que transporta ambos conjuntos de genes, y se expresan, mientras que los que no se trastocan no se expresan. Las secuencias que flanquean los genes son las mismas en ambas posiciones, a unos 800 pb más adelante del gen estructural (desde el extremo 3'). Se ha descubierto que la represión de los genes a en su posición no activa requiere la actividad de otro gen, SIR, cuyo producto se une presumiblemente al DNA al menos a 800 pb de distancia del gen. Es un misterio el mecanismo por el que la proteína unida al DNA impide la transcripción a tal distancia del gen estructural; se ha sugerido que hace que los nucleosomas se reorganicen y se desplacen de manera que el lugar de iniciación del gen no sea accesible a la RNA polimerasa [K.A. Nasmyth et al. Nature 289 (1981) 245-250], El producto del gen Mata 2 de levadura, la secuencia Homeobox (véase) de Drosophila, y secuencias homologas de otros organismos parecen actuar como elementos de control, similares a los activadores bacterianos, para los genes dispersos que se inducen simultáneamente en el transcurso del desarrollo. Se supone que los genes inducidos por los productos de los genes homeóticos tienen secuencias análogas a los promotores bacterianos, o posiblemente a los potenciadores virales, a las que se pueden unir

Adenina

dichas proteínas reguladoras y estimular la transcripción. Existen mecanismos de transposición de genes en muchos tipos de células eucarióticas. En los genes de las inmunoglobulinas y de las moléculas del receptor del antígeno de las células T, como en los genes sexuales de levaduras, la reordenación de los genes es una etapa necesaria para la activación de los clones linfoides respectivos. Se desconoce cuan extendido está este mecanismo de A.g. Finalmente, parece que la metilación del DNA está relacionada con la A.g. de eucariotas. Se ha descubierto que segmentos de DNA con una gran proporción de residuos de timidina mediados no se transcriben; genes que están metilados (e inactivos) en un tejido pueden estar no metilados y expresarse en otro tejido. J.D. Hawkins hace una breve introducción a este campo en Gene Structure and Expression (Cambridge University Press, Cambridge, 1985). Se ha publicado (1980) la segunda edición del clásico texto Gene Expression de Benjamin Lewin (Wiley, New York). Véase también Eukaryotic Gene Expression, A. Kumar, ed. (Plenum Press, New York, 1984). Activación gènica diferencial (Differential gene activation): véase Activación gènica. Activación hormonal (Activation hormone): véase Hormonas de insectos. Activación por metabolitos, mecanismos de (Feedforward mechanisms): véase regulación Metabòlica. Actividad específica (Specific activity): véase Cinética enzimàtica. Actividad molar (Molar activity): véase Cinética enzimàtica. Actomiosina (Actomyosin): véase proteínas del Músculo. Adair-Koshland-Nemethy-Filmer, modelo de (Adair-Kosland-Nemetry- Filmer model): véase modelo de Cooperatividad. Adaptador, hipótesis del (Adaptador hypothesis): sugerencia hecha por Crick, para explicar la traducción del código genético, de que debe haber un adaptador entre la información que contiene el ácido nucleico y la proteína que se sintetiza, capaz de reconocer ambas moléculas. El descubrimiento del tRNA y las correspondientes aminoacil-tRNA sintetasas confirmó esta hipótesis.

Addison, enfermedad de (Addison's disease): véase Corticosteroides suprarrenales. Adenilato ciclasa (Adenylate cyclase) (EC 4.6.1.1): véase fosfatos de Adenosina. Adenilato quinasa (Adenylate kinase), mioquinasa (EC 2.7.4.3): enzima trimérica presente en las mitocondrias de músculos y otros tejidos, resistente al calor y ácidos. M 68.000, subunidad, Mt 23.000. Cataliza la conversión de dos moléculas de ADP en ATP + AMP, liberando así la energía del ADP; en equilibrio, las concentraciones de los tres fosfatos de adenosina son casi iguales. En muchas reacciones que requieren energía, el ATP se convierte en pirofosfato y AMP (véase fosfatos de Adenosina). La A.q. es importante porque cataliza la primera etapa (AMP a ADP) de la reconversión de AMP en ATP. Adenílico, ácido (Adenylic acid): véase fosfatos de Adenosina. Adenílico de levaduras, ácido (Yeast adenylic acid): véase fosfatos de Adenosina. Adenílico del músculo, ácido (Muscle adenylic acid): véase fosfatos de Adenosina. Adenililsulfato reductasas (Adenylylsulfate reductases): enzimas del metabolismo del azufre que reducen el sulfato de fosfoadenililo (APS reductasa) o el sulfato de adenililo. La adenililsulfato reductasa (EC 1.8.99.2) es idéntica a un componente de la sulfato reductasa de la asimilación del sulfato, ya que el sulfato de adenililo es el donante del grupo sulfato. La tabla de la página siguiente muestra las propiedades de algunas de estas reductasas. En todos los casos es un complejo de tres componentes, una sulfato de adenililo transferasa (véase asimilación del Sulfato, Fig. 1), un transportador de M baja y la propia adenililsulfato reductasa. La fosfoadenililsulfato reductasa de Saccharomyces cerevisiae requiere NADPH y se ha purificado y fraccionado parcialmente. Adenilo, succinato de (Adenylosuccinate),Nsucciniladenilato, abrev. sAMP: ribonucleótido de 5-aminoimidazol-4-succinocarboxamida, producto intermedio en la biosíntesis de purinas. M r 463,3. Adenina (Adenine), abrev. Ade: 6-aminopurina, una de las bases comunes de los ácidos nucleicos, y componente de los fosfatos de adenosina y otras sustancias fisiológicamente activas, incluyendo el fosfato de dinucleótido de Nicotinamida y adenina, el dinucleótido de 13

Adenina, arabinósido de

Tabla. Propiedades de las adenililsulfato reductasas de diversos organismos. pH óptimo

Organismo

M

Observaciones

Desulfovibrio'

7,4

220.000

Contiene 1 molécula de FAD y 6-8 átomos de hierro no hemo

Thiobacillus1 thioparus

7,4

170.000

Contiene 1 molécula de FAD y 8-10 átomos de hierro no hemo

Thiocapsa1 roseopersicina

8,0

180.000

Contiene 1 molécula de FAD, 4 átomos de hierro no hemo y 2 átomos de hierro hemo Enriquecida 60-80 veces, se obtiene una preparación de comportamiento homogéneo en la ultracentrifugación

330.000

Enzima parcialmente purificada

Chlorella pyrenoidosa2

de fosfoadenililo sólo en presencia de 3'-nucleotidasa.

Flavina y adenina y varios Antibióticos nucleosídicos (véanse). Se encuentra en forma libre en diversas plantas, especialmente en levaduras. Se sintetiza de novo vía m o n o f o s f a t o de adenosina, o se forma por degradación de los ácidos nucleicos. La adenina d e s a m i n a s a (EC 3.5.4.2) elimina el grupo 6-amino produciendo hipoxantina.

Forma amino

Forma ¡mino

Formas tautoméricas de la adenina. Adenina, arabinósido de (Adenine arabinoside): véase Arabinósidos. Adenina desaminasa (Adenine deaminase), adenasa (EC 3.5.4.2): véase degradación de Purinas. Adenina, xilósido de (Adenine xyloside): véase Xilosilnucleósidos. S-Adenosil-L-homocisteína (S-Adenosyl-Lhomocysteine): véase S-Adenosil-L-metionina. S-Adenosil-L-metionina (S-Adenosyl-Lmethionine), S-(5 '-desoxiadenosina-5 ')metionina, metionina activa, metilo activo, abrev. S-Ado-Met, SAM: compuesto de sulfonio reactivo, el agente metilante más importante del 14

metabolismo celular (véase Transmetilación). M del catión libre, 398,4. Debido a la asimetría del grupo sulfónico existen 4 estereoisómeros, siendo la forma L-(+) la que se encuentra en la naturaleza. Es inestable a temperatura ambiente, tanto en forma sólida como en solución acuosa. Se forma por activación de L-metionina con ATP: Met + ATP = SAM + PP.r + Pi. El residuo de adenosina del ATP se transfiere a la metionina. La reacción de transmetilación produce, además del producto metilado, S-adenosil-L-homocisteína, que se puede reconvertir en SAM por escisión en adenosina y L-homocisteína, el sustrato de la dimetiltetin-homocisteína metiltransferasa (EC 2.1.1.3). Véase Metionina. Adenosina (Adenosine), abrev. ado: 9-P-Dribofuranosiladenina. Son metabólicamente

H—C COOH

S-adenosil-L-metionina

Adenosina, fosfatos de

importantes sus derivados fosforilados; véase fosfatos de Adenosina, Nucleósidos. Adenosina desaminasa (Adenosine deaminase) (EC 3.5.4.4): enzima, Mr 217.000 (dos subunidades de Mx 103.000) que desamina la adenina a isonina. Se encuentra en preparaciones de taka diastasa de Aspergillus oryzae y se confunde a veces con la taka amilasa (véase). Adenosina 3'-fosfato, 5'-fosfosulfato de (Adenosine 3'-phosphate 5'-phosphosulfate): véase fosfosulfato de Fosfoadenosina. Adenosina, fosfatos de (Adenosine phosphates), ribonucleótidos de adenina: importantes componentes de los ácidos nucleicos y forma principal de almacenamiento y transporte de energía química libre. Son también reguladores metabólicos importantes, p.ej. en la glicólisis y el ciclo TCA. Los derivados biológicamente significativos, incluyendo el 3',5'-monofosfato de adenosina cíclico, llevan el éster de fosfato en el C-5 de la ribosa. 1. 5'-Monofosfato de adenosina, abrev. AMP. Se sintetiza de novo a partir de ácido inosínico (véase biosíntesis de Purinas) y también se obtiene por separación de pirofosfato del trifosfato de adenosina. 2. 5'-Difosfato de adenosina, abrev. ADP. Se forma por adición de un segundo fosfato al AMP (véase Adenilato quinasa) o por separación de un fosfato del ATP; esta conversión está catalizada por una adenosina trifosfatasa (EC 3.6.1.3) o por una enzima que transfiere el fosfato a otra molécula orgánica (quinasa). La energía alma-

R—0—®~®

+ _AMP

R-OH

R — 0 - 0 ~ ® Ribosa-Adenina R-COO"

cenada en el enlace anhídrido del ADP se libera por la adenilato quinasa, que cataliza la reacción 2 ADP ATP + AMP. El ADP es el aceptor de fosfato en la Fosforilación a nivel de sustrato, la Fosforilación oxidativa y la Fotofosforilación no cíclica (véanse) y se convierte en ATP en los tres procesos. 3. 5'-Trifosfato de adenosina, ATP. Fue descubierto en 1929 por Lohmann. Es la «moneda» universal de energía de todas las células vivas (véase Fosfatos ricos en energía). Biosíntesis de ATP. El ATP es el producto inmediato de todos los procesos que conducen al almacenamiento químico de energía en la célula. Se biosintetiza por fosforilación de ADP en la Fosforilación a nivel de sustrato, la Fosforilación oxidativa, y la Fotofosforilación no cíclica (véanse) en plantas. La energía en forma de un tercer fosfato se puede transferir al ADP también desde otros fosfatos ricos en energía, como el fosfato de creatina (véase Creatina), desde otros trifosfatos de nucleósidos, o por reacción de la adenilato quinasa. Escisión del ATP. El ATP tiene un alto potencial de transferencia de grupo (Fig. 1, Tabla 1): Tabla 1. Energía libre de la hidrólisis del ATP en KJ/mol (kcaUmol) Separación de ortofosfato ATP -> ADP + P. Separación de pirofosfato ATP -> AMP + PP. PP ->P. + P. '

29,4 (7,0) 36,12 (8,6) 28,14(6,7)

+ ® ~ ®

NH2 N

R—OH R—0—® + ADP

R—S—Ribosa-Adenina + ®

+

® ~ ®

CH3

Figura 1. Escisiones posibles del 5'-trifosfato de adenosina. 15

Adenosina, fosfatas de

a) Transferencia de ortofosfatos a grupos h i d r o x i l o alcohólicos, ácidos o amida con liberación de ADP. Las enzimas que catalizan estas reacciones son las quinasas, que en algunos casos (p.ej. creatina quinasa) catalizan también la síntesis de ATP a partir de ADP. b) Transferencia de un residuo de pirofosfato y liberación de AMP, p.ej. en la síntesis de 1pirofosfato de 5-fosforribosilo a partir de 5-fosfato de ribosa durante la biosíntesis de purinas. c) Transferencia de un residuo de A M P y liberación de pirofosfato. En este proceso, el grupo aceptor adquiere un potencial de transferencia de grupo superior, lo cual ocurre en la activación de ácidos grasos y de aminoácidos en las rutas sintéticas. El pirofosfato liberado es hidrolizado por la pirofosfatasa inorgánica (EC 3.6.1.1), lo que hace la reacción de transferencia esencialmente irreversible. d) Transferencia de un residuo adenosilo y liberación de ortofosfato y pirofosfato, p.ej. en la síntesis de S-adenosil-L-metionina. Usos de ATP. La energía química almacenada en el ATP se usa en r e a c c i o n e s q u í m i c a s , incluyendo síntesis de macromoléculas a partir de los correspondientes compuestos monoméricos y formación de compuestos activados. Muchas r e a c c i o n e s e n d o e r g ó n i c a s se impulsan por acoplamiento enzimàtico con hidrólisis del ATP. Muchas rutas catabólicas, incluyendo la glicólisis, requieren una «inversión» de ATP, que después se resintetiza, y prácticamente todas las rutas anabólicas requieren directa o indirectamente ATP. P r o p o r c i o n a energía para la c o n t r a c c i ó n muscular y para el movimiento de cilios y fragelos. En algunos organismos, proporciona la energía para la Bioluminiscencia (véase), lo que constituye un método de análisis del ATP muy sensible. El pez eléctrico genera corriente eléctrica por hidrólisis de ATP. El transporte activo de muchas sustancias a través de las membranas depende de una fuente de ATP. Se libera ATP junto con la acetilcolina en las sinapsis del sistema nervioso periférico de vertebrados. Puede modular la transmisión nerviosa ya que inhibe la liberación de acetilcolina. [E.M. Silinsky y B.L. Ginsborg, Nature 305 (1983) 327-328], Otros t r i f o s f a t o s de nucleósidos, energéticamente equivalentes al ATP, son importantes en algunas reacciones metabólicas: el trifosfato de citidina en la biosíntesis de fosfátidos, el 16

trifosfato de guanosina en la síntesis de proteínas y en la descarboxilación oxidativa de a-cetoácidos (véase ciclo TCA), el trifosfato de inosina en algunas carboxilaciones, el trifosfato de uridina en la síntesis de polisacáridos. En los organismos vivos, los f o s f a t o s de adenosina están en equilibrio y constituyen en conjunto el sistema del ácido adenílico. Las concentraciones fisiológicas de ADP y ATP son alrededor de 10~3 mol/1; la relación entre ambas se denomina carga energética y se representa por la ecuación EC = ([ATP] + 0,5[ADP])/([ATP] + [ADP] + [AMP]).

Los valores entre corchetes indican concentración molar. Si el complemento total de A. está en forma de ATP, la carga energética es 1 ; en otros casos es menor que 1. 4. 3',5'-Monofosfato de adenosina cíclico, abrev. AMP-3',5', AMP cíclico, cAMP. Lo descubrió Sutherland en el hígado, en 1956, como factor termoestable. Se genera a partir de ATP (Fig. 2) por la adenilciclasa (EC 4.6.1.1), y se degrada a AMP por la 3':5'nucleótido cíclico fosfodiesterasa (EC 3.1.4.17), específica para los nucleótidos cíclicos. Las actividades de estas dos enzimas determinan la concentración intracelular de cAMP. Cantidades fisiológicas de diversas sustancias, p.ej., el f o s f a t o de piridoxal en Escherichia coli, reducen la actividad de la adenilato ciclasa. La fosfodiesterasa de mamíferos se inhibe por trifosfatos de nucleósidos, pirofosfato, citrato y xantinas mediadas (especialmente teofilina) y se estimula por el ácido nicotinico. La adenilato ciclasa se localiza en la parte interna de la membrana plasmática de muchas células, mientras que los receptores de hormonas y de otras señales químicas están en la parte externa de la membrana plasmática de las células «diana» de las moléculas señal. En muchos sistemas, la unión de una hormona u otro activador a su receptor determina la activación de la adenilato ciclasa (por mecanismos todavía desconocidos) y el incremento de la concentración de cAMP. El cAMP actúa a menudo como efector que incrementa la actividad de una proteína quinasa (u otras enzimas) que, a su vez, regula algunos procesos celulares por modificación covalente de Enzimas (véase); es decir, el cAMP actúa como «segundo mensajero» de un gran n ú m e r o de h o r m o n a s . A f e c t a t a m b i é n a la

Adenosina, fosfatos de Tabla 2. Algunos ejemplos (según Hardeland).

de la distribución

y efectos del 3',5'-monofosfato

Organismos

Efecto

1) Protozoos Paramecium

Activación de la proteína quinasa

2) Bacterias Escherichia coli

de adenosina

cíclico

Liberación de la inhibición por glucosa en la inducción enzimàtica (véase Represión por catabolito). Iniciación de la síntesis de R N A mensajero mediada por una proteína receptora de c A M P (proteína activadora del gen del catabolito). Inhibición de la degradación de RNA mensajero unido a ribosomas. Estimulación de la síntesis de muchas enzimas.

Serratia marcescens Salmonella typhimurium Proteus inconstans Aerobacter aerogenes Brevibacterium liquefaciens

Liberación de la represión por catabolito y estimulación de la síntesis de P-galactosidasa (Brevibacterium liquefaciens secreta c A M P al medio)

Photobacterium

Liberación de la represión por catabolito y producción de bioluminiscencia.

fischerei

3) Hongos Mohos del limo Dyctyostelium discoideum Polysphondylium Levaduras Saccharomyces

pallidium cereviseae

4) Invertebrados p.ej. anélidos (Golgingia, Nereis) estrella de mar Duela del hígado (Fasciola) Moscarda (Calliphora) 5) Vertebrados Rana, sapo, pavo, paloma, rata, ratón, cobaya, conejo, hombre 6) Plantas superiores Cebada (endospermo) Guisantes, lechuga Herbáceas

Transmisor de señales extracelulares. Agregación celular en respuesta a estímulos quimiotácticos. No responde al cAMP, tiene una acrasina diferente. Afecta a la oscilación y al equilibrio redox durante la glicólisis. Afecta a la esporulación. Activación de proteína quinasas.

Transmisión del efecto de serotonina.

«Segundo mensajero» en la transmisión de estímulos hormonales. Inducción enzimàtica durante la germinación. Estimulación de la síntesis de amilasa. Crecimiento en extensión de las células, especialmente en variedades enanas de Pisum sativum. Efectos sobre la germinación.

producción y liberación de hormonas, p.ej. acetilcolina, g l u c a g ó n , insulina, melanotropina, p a r a t i r i n a , v a s o p r e s i n a y c o r t i c o t r o p i n a y al equilibrio entre d i v e r s a s rutas metabólicas, p.ej.,

el m e t a b o l i s m o del g l u c ó g e n o . E n m u c h o s casos, los e f e c t o s f i s i o l ó g i c o s del c A M P sólo se o b s e r v a n en p r e s e n c i a d e i o n e s d e c a l c i o . El control «artificial» e x ó g e n o de la c o n c e n t r a c i ó n 17

Adenosina trifosfatasa Adenilato ciolasa ATP v.

3'-5'-Fosfo, . diesterasa I cAMP I ^ AMP

Mg** * pp

»

1

NHR

{ H20

N ^ N

N

0—CH2

o - ^ P u

OR"

R'=R'=H Adenosina 3'-5'-monofosfato cíclico (cAMP) R'= R"=CO—(CH2)2—CH3

N», 0!'-Dibulirii-cAMP

Figura 2. Síntesis de 3',5'-monofosfato de adenosina cíclico y estructura del 3',5'-monofosfato de N6,Or-dibutiriladenosina cíclico.

intracelular de cAMP está adquiriendo importancia en medicina: sustancias que aumentan esta concentración se han usado con éxito en diversos tratamientos; p.ej., la psoriasis se trata con el alcaloide papaverina, que inhibe la nucleótido cíclico fosfodiesterasa, y con la hormona tisular dopamina, que estimula la formación de cAMP en la epidermis. El cAMP inhibe también el crecimiento de ciertos tumores. Como es muy polar, sólo atraviesa la membrana en cantidades muy pequeñas; sus derivados sintéticos son más lipofílicos porque contienen ácidos orgánicos y tienen mayor permeabilidad. El de uso más común es el 3',5'-monofosfato de /VW-dibutiriladenosina, abrev. DBcAMP. En la naturaleza hay otros 3',5'-mononucleótidos cíclicos con funciones especiales. Adenosina trifosfatasa (Adenosine triphosphatase), ATPasa (EC 3.6.1.3): enzima que cataliza la escisión de ATP a ADP + P.t la cual,' en condiciones fisiológicas, está generalmente acoplada a otro proceso celular, de manera que la energía libre liberada por la escisión de ATP se utiliza para realizar un proceso endoergónico. Dos de los ejemplos mejor estudiados son el complejo actomiosina (véase proteínas del Músculo), en el que la escisión del ATP proporciona energía para la contracción, y la bomba Na + /K + de las membranas celulares, en la que proporciona la energía necesaria para el transporte de iones en contra del gradiente de concentración (véase Transporte). En la mitocondria intacta se cree que funciona como ATP sintetasa en vez de ATPasa, 18

pero cuando se desorganiza la mitocondria, la misma enzima cataliza la reacción en dirección contraria, termodinámicamente favorable. No se conocen los mecanismos por los que la energía de la hidrólisis del ATP se convierte en energía mecánica u osmótica. Adenosina, trifosfato de (Adenosine triphosphate): véase fosfatos de Adenosina. Adermina (Adermine): vitamina B6. Véase Vitaminas. ADH: abrev. de hormona antidiurética. Véase Vasopresina. Adhesión celular, moléculas de (Cell adhesión molecules), abrev. CAM: glicoproteínas de la superficie celular que promueven la adhesión entre las células de un tejido. Se han aislado CAM neurales (N-CAM), neurogliales (Ng-CAM), y hepáticas (L-CAM). De la N-CAM existen al menos dos formas diferentes por la cantidad de residuos de ácido siálico unidos a ellas. La forma embrionaria tiene 30 g de ácido siálico/100 g de proteína, y la forma adulta 10 g de ácido siálico/100 g de proteína. La adhesión entre las neuronas se inhibe específicamente por anticuerpos contra la N-CAM, pero la adhesión entre neuronas y células gliales no se inhibe por anti-N-CAM purificada. En embrión de pollo, las N- y L-CAM aparecen muy tempranamente, antes de la formación de las capas germinales, y su distribución posterior marca el destino de las células blastodérmicas: la N-CAM la futura placa neural, el notocordio, somitos y partes del mesodermo de la placa lateral y la L-CAM el ectodermo no neural y el endodermo. Es probable que el desarrollo embrionario esté dirigido por la expresión (a veces transitoria) de uno o más tipos de CAM en los distintos tipos celulares. [Science 222 (1983) 60-62; G.M. Edelman (1985) Ann. Rev. Biochem. 54 135-169], Adiuretina (Adiuretin): véase Vasopresina. Ado: abrev. de Adenosina (véase). ADP: abrev. de 5'-difosfato de Adenosina. Véase fosfatos de Adenosina. ADP-ribosilación de proteínas (ADPribosylation of proteins): unión de grupos ADPribosilo monoméricos o poliméricos a una proteína, por transferencia desde el NAD+. Adenina

Nicotinamida

(ribosa(P) -(§) -ribosa);i + Proteína —>

Adrenosterona

Adenina

Proteína-(ribosa- (P)- (P)-ribosa)n + Nicotinamida + H+, donde n puede variar de 1 a 50. Los grupos poli ADP-ribosilo representan un homopolímero nuevo de grupos repetitivos de ADP-ribosa unidos V-2' entre las fracciones respectivas de ribosa: i 2' 1' Adenina-ribosa -(P)-(P)- ribosa . i x r Adenina-ribosa-®-©-ribosa I La energía libre de la hidrólisis del enlace glicosídico del NAD+ es -34,4 kJ (-8,2 kcal)/mol a pH 7 y 25 °C, por lo que es un enlace rico en energía, actuando el NAD + como agente transferente de un grupo ADP-ribosilo. Esta transferencia (n = 1 en la ecuación anterior) está catalizada por la ADP ribosilo transferasa. La formación y concomitante transferencia de poli(ADP-ribosa) a un aceptor está catalizada por la poIi(ADP-ribosa) sintetasa (n > 1 en la ecuación anterior). La toxina de la difteria, producida por cepas de Corinebacterium diphtheriae que llevan el fago (3, inhibe la síntesis de proteínas en células eucarióticas, ya que cataliza la transferencia de una fracción de ADP-ribosa desde el NAD+ al factor de elongación 2. La toxina de Pseudomonas cataliza una reacción similar. El fago T4 cataliza la ADP-ribosilación monomérica de la RNA polimerasa y de otras proteínas en Escherichia coli. El colerágeno activa la adenilato ciclasa catalizando la transferencia de ADP-ribosa desde NAD+ a la enzima. Se encuentran grupos poli ADP-ribosa en proteínas cromosómicas eucarióticas, en proteínas mitocondriales y en histonas. Se desconoce la función biológica de la ADP-ribosilación de proteínas en células eucarióticas, pero la existencia de grupos poli ADP-ribosilos en proteínas nucleares, especialmente en asociación con la cromatina, sugiere un papel de regulación de la función nuclear. La naturaleza de la unión a la proteína es desconocida, pero parece implicar la unión a

aminoácidos básicos. En la ADP ribosilación de la adenilciclasa activada por colerágeno parece que el principal receptor de la ADP-ribosa es un residuo de arginina. [O. Hayaishi & K. Ueda Ann. Rev. Biochem. 46 (1977) 95-116. M.R. Purnell, P.R. Stone y W.J.D. Whish, Biochemical Society Transactions 8 (1980) 215-227]. Adrenalina (Adrenalin), epinefrina: 4-[lhidroxi-2-metilamino)etil]-l,2-bencenodiol, Mr 183,2, hormona catecolamínica y medicamento. La forma L es fisiológicamente activa, afectando al metabolismo de glícidos y al sistema circulatorio. Se sintetiza en la corteza suprarrenal a partir de tirosina (vía dopa, dopamina y noradrenalina), se almacena en los gránulos cromafínes y se libera al torrente circulatorio por estimulación del nervio esplénico. Es también un neurotransmisor adrenérgico que sintetizan y liberan las neuronas del sistema nervioso simpático. Mediante el sistema de la adenilato ciclasa, activa las fosforilasas (EC 2.4.1.1) del hígado y del músculo (glucogenólisis) y la lipasa del tejido adiposo, aumentando la concentración de glucosa (hiperglucemia), de lactato y de ácidos grasos libres en la sangre. La oxidación de los últimos determina el aumento del consumo de oxígeno. OH HO-/ O ^

V-CH-CH 2 -NH-CH 3 '

OH

Adrenalina

Se degrada tras O-metilación y desaminación oxidativa por una monoamino oxidasa y se excreta en la orina como ácido 3-metoxi-4-hidroximandélico (ácido vanilinomandélico). Se usan análogos de adrenalina para controlar la presión sanguínea, contrarrestar la depresión, estimular el apetito y aliviar el asma. Adrenocorticotropina (Adrenocorticotropin), hormona adrenocorticotrópica: véase Corticotropina. Adrenosterona (Adrenosterone): adros-4ene-3,ll,17-triona, esteroide derivado del androstano, Mt 300,9. Se sintetiza en la corteza suprarrenal y se incluye entre las hormonas masculinas de las gónadas por su débil efecto androgénico (véase Andrógenos). 19

Adsorción, cromatografía de

Adsorción, cromatografía de (Adsorption chromatography): véase Cromatografía. Adyuvante (Adjuvant): mezcla de aceites, emulsificantes, bacterias muertas y otros componentes que intensifican inespecíficamente la respuesta inmune. El A., que no es (supuesto que lo sea), antigénico por sí mismo, se inyecta a un animal varias veces, intramuscular o subcutáneamente, para producir la máxima cantidad de anticuerpos. Los más comúnmente usados en

inmunología experimental son el A. incompleto de Freund, una emulsión de aceites de parafina que protege al antígeno de una degradación demasiado rápida y el A. completo de Freund, que contiene además micobacterias muertas o bacterias de la tuberculosis. En las vacunas, el A. es generalmente hidróxido de aluminio o gel de fosfato de calcio. Afinidad, cromatografía de (Affinity chromatography): véase Proteínas. Aflatoxinas (Aflatoxins): micotoxinas producidas por Aspergillus flavus, A. parasiticus y A. oryzae, así como por algunas cepas de Penicillium. Se encuentran en diversos alimentos, especialmente en los ambientes tropicales húmedos que favorecen el crecimiento de los microorganismos productores. En estas zonas, muchos cánceres de hígado se atribuyen a la ingestión de A., y en niños malnutridos es la causa del Kwashiorkor (véase). Las A. no modificadas son relativamente inocuas per se pero son convertidas en toxinas y carcinógenos potentes

0 N ¡ 3

Aflatoxina G, (fluorescencia verde con UV)

Aflatoxina M, (aislada en leche de vacas alimentadas con comida contaminada)

Aflatoxina B, (fluorescencia azul con UV) • 02» N A D P H ' H * Citocromo P450 (hígado) • H 2 0 • NADP

O Residuo de guanina del DNA

OCH3 Complejo DNAaflatoxina (inhibidor de la RNA polimerasa)

8,9-Epóxido de aflatoxina B,

Aflatoxinas y mecanismo de conversión en derivados carcinogénicos y tóxicos. Las aflatoxinas B2, M2 y G2 carecen de doble enlace en posición 9,8 (B2, M2) o 9,10 (G2). 20

Agua

por oxigenasas monofuncionales en el hígado (Fig.) (véase Citocromo P450). Los valores LDJ() en crías de pato (en \ig por 50 g de peso corporal) son: A. B,, 18,2; A. B2, 84,8; A. G,, 39,2; A. G2 172,5; A. M,, 16,6; A. M2, 62. El mecanismo de toxicidad (Fig.) requiere la formación de un epóxido por adición de oxígeno a un doble enlace (A91H en A. G,; A8'9 en A. B, y A. M2). Este doble enlace falta en los compuestos A 2 , que probablemente se oxidan a compuestos A, en el organismo, o se unen al DNA por un mecanismo diferente. [R. Langenbach et al. Nature 276 (1978) 277-280], Afrormosina (Afrormosin): 7-hidroxi-6,4 dimetoxi-isoflavona (véase Isoflavona). AGA: abrev. de /V-Acetilglutamato. Agar-agar (Agar-agar): polisacárido de diversas algas rojas, constituido por 70% de agarosa y 30% de agaropectina aproximadamente. La agarosa es un polímero lineal de unidades alternas de D-galactosa y 3,6-anhidrogalactosa y la agaropectina de unidades de D-galactosa unidas por enlaces (3-1,3 glicosídicos, algunas de las cuales están esterificadas con sulfato en la posición 6. Se obtiene por extracción con agua caliente de algas blanqueadas, que pueden contener hasta un 40% de A. Se usa como gelificante en industrias farmacéuticas y alimentarias y para hacer medios sólidos para cultivo de microorganismos.

Aglutinación (Agglutination): agrupamiento de antígenos insolubles unidos a partículas, como bacterias, virus o eritrocitos, por los anticuerpos apropiados, los cuales deben ser como mínimo bivalentes para unirse a las partículas portadores del antígeno. Es mucho más sensible que la precipitación porque la reacción antígenoanticuerpo tiene lugar en la superficie de partículas mayores. El límite inferior de reconocimiento de la precipitación es alrededor de 10 (J.g/ml de suero, mientras que el de la A. es 0,01 fig/ml, es decir, 1.000 veces superior. La hemaglutinación pasiva tiene un límite inferior de detección de 3-6 (ig de anticuerpos/ mi de suero. En esta técnica, los antígenos solubles se unen a la superficie de los eritrocitos, los cuales aglutinan cuando tiene lugar la reacción antígeno-anticuerpo. Aglutininas (Agglutinins): véase Lectinas. Agnosterol (Agnosterol): 5a-lanosta-7,9, (1 l),24-trieno-3p-ol, alcohol triterpénico tetracíclico derivado estructuralmente del 5oclanostano (véase Lanosterol). M 424,7. Es un zoosterol (véase Esteróles) que se encuentra en el aceite sebáceo de la lana de oveja.

Agnosterol

.

D-Galactosa

3,6-anhidroL-galactosa

;

Agarosa

Agarosa Agatisflavona (Agathisflavone): véase Biflavonoides. Agente bacteriostático (Bacteriostatic agents): véase Crecimiento. Aglicona (Aglycon), aglucona, ge nina: parte no glicídica de un glicósido, que se libera por hidrólisis (por ácidos o enzimas) de los enlaces C- N-, o S-glicosídicos. Véase Glicósidos, Glucosinolato.

a,AGp: véase Orosomucoide. Agua (Water): H 2 0, el constituyente inorgánico más importante de las células vivas desde el punto de vista cuantitativo. P.f. 0°C, p.e. 100°C. Una célula viva normal contiene aproximadamente 80% de agua; las plantas contienen hasta 95%, la medusa 98%, los animales superiores 60-75% (Tablas 1 y 2). Todos los procesos vitales dependen del agua. Existen varias teorías con respecto a su estructura. Es un dipolo (Fig. 1) cuyas propiedades determinan la interacción entre las moléculas; se establecen puentes de hidrógeno dando lugar a agregados moleculares como la estructura de tetrahidrol (Fig. 2). La mayoría de 21

Agua

las hipótesis sobre las agrupaciones postulan una red de moléculas de A. ligadas de 4 en 4 y separadas por áreas de moléculas monoméricas (Fig. 3). L a vida m e d i a p r o m e d i o de tales agrupaciones es de sólo 10~"s. El carácter de d i p o l o de la m o l é c u l a de A. d e t e r m i n a sus propiedades físicas y químicas, y es esencial para su función biológica. Las moléculas dipolares

I I

/ Dipolo líneas de fuerza del dipolo

Figura 1. Dipolo del agua.

interaccionan con las macromoléculas, especialmente con proteínas y ácidos nucleicos, y forman una capa de hidratación. La actividad de las enzimas en el citoplasma depende en gran medida de su grado de hidratación. El A. disuelve s u s t a n c i a s o r g á n i c a s e i n o r g á n i c a s , y es responsable de su transporte extra e intracelular. L o s c o m p u e s t o s o r g á n i c o s se c l a s i f i c a n en h i d r o f í l i c o s (que se d i s u e l v e n en A., p.ej., aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, glícidos) e h i d r o f ó b i c o s ( i n s o l u b l e s o p o c o solubles en A., p.ej. grasas, lípidos).

Tabla 1. Contenido de agua (%) de algunos órganos y tejidos humanos

Total Piel Esqueleto Músculo Tejido adiposo Hígado Cerebro

60 (representando 42 kg) 58 28 70 23 71 75

Tabla 2. Distribución del agua en órganos y tejidos animales (total = 100%)

Figura 2. Estructura tetrahidrol del agua.

Músculo Esqueleto Piel Sangre Estómago, intestino Hígado Cerebro Pulmones Tejido adiposo Ríñones Bazo Resto

50,8 12,5 6,6 4,7 3,2 2,8 2,7 2,4 2,3 0,6 0,4 11,0

Tabla 3. Agua formada (g) en la degradación los productos de la alimentación (por 100 g)

Figura 3. Estructura de las agrupaciones del agua líquida (según Némethy y Scheraga). 22

Proteínas Glícidos Grasas (Alcohol

41,3 55,9 107,0 117,4)

de

Albizina

Es un reactivo en la escisión hidrolítica catalizada por enzimas (hidrolasas) de macromoléculas (proteínas, glícidos, grasas), lo que representa el primer paso de la degradación biológica de dichas sustancias. Se forma metabolicamente en la cadena respiratoria (Tabla 3) (A. de respiración), y es el sustrato de la fotosíntesis. En animales, es importante en la regulación de la temperatura corporal; al evaporarse en la superficie del cuerpo y del tracto respiratorio, se pierde calor. El agua pesada (D 2 0) contiene deuterio (JH o D) en vez de ¡H; hace que disminuya la actividad metabòlica y causa cambios citológicos y morfológicos, produciendo a veces la muerte del organismo. El efecto del isótopo se usa para estudiar el papel del A. en los sistemas biológicos. Metabòlicamente, se forma agua por reacción del oxígeno con el hidrógeno de los sustratos (véase Cadena respiratoria), e Hydrogenomonas la produce a partir de oxígeno e hidrógeno gaseosos (véase metabolismo del Hidrógeno). Se forma también en reacciones catalizadas por deshidrasas, p.ej., en la deshidratación de ácido màlico por acción de la malato deshidrasa formando ácido fumárico. Agua pesada (Heavy water): véase Agua. ' AICAR: abrev. de Ribótido de 5(4)-Aminoimidazol-4(5)-carboxamida. Véase biosíntesis de Purinas. AIR: abrev. de Ribótido de 5-Aminoimidazol. Véase biosíntesis de Purinas. Ajmalina (Ajmaline): alcaloide de Rauwolfia que se utiliza en medicina para normalizar el ritmo cardíaco. A dosis altas tiene el efecto tranquilizante de los alcaloides de Rauwolfia. Alanina (Alanine), ácido aminopropiónico, M i 89,1. 1. L-a-alanina, abrev. Ala, C ' H3- C H (NH 2 )-COOH, aminoácido proteogénico y glucogénico, estrechamente implicado en el metabolismo de los azúcares y los ácidos orgánicos. Es uno de los principales componentes de la fibroína de la seda. En el plasma sanguíneo humano hay cantidades relativamente grandes de Ala libre junto con glicina. Se produce a partir de piruvato por transaminación, y en algunos microorganismos, p.ej. bacilos, por aminación reductora catalizada por la alanina deshidrogenasa (EC 1.4.1.1 ). Se ha informado de que esta enzima es un protómero de la glutamato deshidrogenasa oligomérica (EC 1.4.1.2). La A. se degrada a piru-

vato y amonio por la alanina deshidrogenasa (alanina oxidasa: véase Enzimas flavínicos), o se convierte en piruvato por Transaminación (véase). 2. ß-Alanina, H 2 N-CH 2 -CH 2 -COOH, aminoácido no proteogénico. Se encuentra en forma libre, p.ej., en el cerebro humano, y es un componente de los dipéptidos carnosina y anserina, y de la coenzima A. Generalmente no se forma por descarboxilación de L-aspartato, sino en la degradación reductora de piridina. Posteriormente se metaboliza a acetato por desaminación, descarboxilación y oxidación. Alantoico, ácido (Allantóte acid): diureidoacetato, producto de degradación de la alantoína en la degradación aeróbica de Purinas (véase) y en la degradación anaeróbica de alantoína. Ai 176,1. Alantoína (Allantoin): 5-ureidohidantoína, glioxildiureído, producto intermedio de la degradación aeróbica de purinas. M 158,1. Se descubrió en 1799 en el líquido alantoico de la vaca. Es el producto final del metabolismo de las purinas en la mayor parte de los mamíferos y algunos reptiles y se excreta en su orina. También se ha encontrado en numerosas plantas. En diversas familias de plantas, conocidas como plantas ureidas, la A. es abundante en el «pool» de nitrógeno soluble. En ciertas especies de bacterias (Arthrobacter allantoicus y Streptococcus allantoicus), es la fuente de C, N y energía en condiciones anaeróbicas. Se convierte en ácido alantoico por la alantoinasa (EC 3.5.2.5), el cual se degrada después, por la alantoato desiminasa (EC 3.5.3.9), a ureidoglicina, NH 3 y CO, (degradación anaeróbica de alantoína). 0

II

NH

I

HjN —C—NH—CH

N H

/ L

O

Alantoína Alantoinasa (Allantoinase) (EC 3.5.2.5): véase degradación de Purinas (aeróbica). Alar 85: véase 2,2-dimetilamida del ácido Succínico. Albizina (Albizzin) ácido 2-amino-3ureidopropiónico: H 2 NCONHCH 2 CH(NH 2 )COOH, aminoácido no proteogénico que se encuentra principalmente en especies del género Albizzia. Se forma presumiblemente a partir de fosfato de carbamilo y ácido 2,3-diamino23

Albomicina

propiónico portranscarbamilación. Es antagonista de la glutamina. Albomicina (Albomycin): antibiótico sintetizado por Actinomyces subtropicus. Es un polipéptido cíclico con la base pirimidínica citosina (Fig.); contiene 4,16% de hierro en forma de complejo de hidroxamato de hierro(III). Es una sideromicina e interfiere el metabolismo del hierro como antimetabolito de las sideraminas. Es similar o idéntica a la griseína. Es eficaz contra bacterias Gram-positivas y Gram-negativas e inhibe el metabolismo aerobio de, Staphylococcus aureus y Escherichia coli.

HjC

0 H,C—C—N

Y

(PI 4,9), la albúmina sérica tiene una gran capacidad de unión con agua, Ca2+, Na + , K+, ácidos grasos, bilirrubina, hormonas y drogas (¡Los investigadores que usen albúmina sérica en medios concretos no deben olvidar la «pegajosidad» de esta proteína!). Su principal función es regular la presión oncótica de la sangre. Las A. séricas humana y bovina contienen 16% de nitrógeno y se usan como proteína estándar para calibraciones, por la facilidad de su obtención en forma cristalina altamente purificada. La humana consta de una sola cadena polipeptídica de 584 aminoácidos, estabilizada

/? o N—S—0

Albomicina

Albúmina plasmática (Plasma albumin): véase Albúminas. Albúminas (Albumins): grupo de proteínas simples que se encuentran en los fluidos corporales y tejidos de animales y en algunas semillas de plantas. A diferencia de las globulinas, son de Mr baja, solubles en agua, fácilmente cristalizables y contienen exceso de aminoácidos ácidos. Sólo precipitan a concentraciones altas de sales neutras. Son ricas en glutamato y aspartato (20-25%) y leucina e isoleucina (hasta 16%), pero contienen poca glicina (1%). Son representantes importantes la albúmina sérica, a-lactalbúmina (proteínas de la leche) y ovoalbúmina de animales, y las venenosas ricino (semillas de Rizinus), leucosina (semillas de trigo, centeno y cebada) y legumelina (legumbres). La albúmina sérica (albúmina plasmática) representa el 5562% del total de las proteínas del suero y es una de las pocas proteínas sin glícidos que se obtienen del plasma o el suero por coagulación. Por su relativamente bajaM r , 67.000, y su alta carga neta 24

por 17 puentes disulfuro. La a-lactoalbúmina y la ovoalbúmina (A/ 44.000) contienen sendas cadenas oligosacáridas acopladas a la cadena peptídica por un residuo de aspartato (3,2% de glícidos, Mr 1.150 en la ovalbúmina). En la ovoalbúmina, un residuo de serina está esterificado con fosfato. Albúmina sérica (Serum albumin): véase Albúminas. Alcaloides (Alkaloids): productos naturales, básicos, presentes principalmente en plantas. Contienen uno o más átomos de nitrógeno heterocíclico y se encuentran generalmente en forma de sales con ácidos orgánicos. Se conocen varios miles de A., de muchos de los cuales se ha determinado la estructura, y suelen tener nombres comunes basados en los de las plantas en las que se descubrieron. Clasificación: Es difícil definir los A. de manera que no se incluyan otros productos vegetales que contienen nitrógeno. Si se clasifican por su distribución y función, se excluirían los

Alcaloides

de origen animal y microbiano y, además, algunos (p.ej. la nicotina) se distribuyen tan ampliamente que no es posible una clasificación estricta por su origen botánico. Si se clasifican químicamente, por la estructura de su esqueleto, no se pueden incluir los alcaloides de Colchicum, que carecen de nitrógeno heterocíclico. Recientemente se han clasificado, según su biogénesis, en protoalcaloides (véase Aminas biogénicas), pseu-

doalcaloides y A. en sentido estricto. Los protoalcaloides incluyen, p.ej., los productos de la descarboxilación de aminoácidos, y los pseudoalcaloides, c o m p u e s t o s e s t r u c t u r a l m e n t e relacionados con otras clases de productos naturales, como los terpenos. Los A. en sentido estricto se subdividen en derivados de ornitina, lisina, fenilalanina, triptófano, y ácido antranílico. En la clasificación dada en la tabla se han tenido

Tabla. Clases más importantes de alcaloides y sus precursores Clase de alcaloide

Tipo estructural (en negrita el precursor principal)

Pirrolidina

Pirrolicidina

Trapano

u / 1

Piperidina Conium

Punica, Sedum y Lobelia

Precursores biogenéticos

Ornitina y Acetato

Ornitina

Ornitina y Acetato

Acetato

Cu có 11, hormona mineralocorticoide de la corteza suprarrenal muy activa. A diferencia de otras hormonas de la corteza suprarrenal, tiene un grupo carbonilo en C-l8 que forma un hemiacetal con el grupo 11 P-hidroxilo. Es el mineralocorticoide más importante, regulando la resorción de NaCl y la excreción de potasio; también tiene cierto grado de actividad glucocorticoide. Para su estructura y biosíntesis, véase Corticosteroides suprarrenales. Aleloquímicos (Allelochemicals): véase Feromonas. Alergia (Allergy): hipersensibilidad del sistema inmune, reacción inmune patológica inducida por anticuerpos (hipersensibilidad inmediata) o por células linfoides (A. tipo retardado). A diferencia del tipo retardado, la hipersensibilidad inmediata se transmite pasivamente por el suero. Los síntomas comienzan poco después del contacto y decaen rápidamente, pero los del tipo retardado no alcanzan su máximo hasta las 24-48 horas, disminuyendo despacio a lo largo de días o semanas. Son ejemplos de este tipo de A. la anafilaxis, la reacción deArthus y la enfermedad del suero. La mejor conocida, la anafilaxis, se presenta como reacción local cutánea (p.ej. un sarpullido con ampollas) o como reacción sistèmica (shock anafiláctico). El asma, la fiebre del heno y los sarpullidos de ortigas también son ejemplos de reacciones anafilácticas locales inducidas por reaginas (véase Inmunoglobulinas: IgE). Sólo los primates se pueden sensibilizar por inyección de reaginas humanas. Un ejemplo de A. de tipo retardado es la reacción de la tu-

Almidón

berculina, que se basa en una respuesta inmune celular. Álgínico, ácido (Alginic acid): ácido poliurónico que se extrae de las algas, compuesto por proporciones variables de ácidos D-manurónico y L-gulurónico unidos por enlaces (3-1,4. Mr aproximada 120.000. El polímero sustituye a la pectina en las algas pardas, de donde se extrae con NaOH. Puede absorber hasta 300 veces su peso de agua. Se digiere fácilmente y se utiliza ampliamente en la industria alimentaria, para suturas reabsorbibles en cirugía, y en las industrias farmacéutica y cosmética.

D-manuróri¡co

L-gulurónico V

Ácido algfnico

Ácido algínico

Alizarina (Alizarin): 1,2-dihidroxiantraquinona, un colorante rojo, p.f. 290°C. Se encuentra en la raíz de la planta de la rubia (Rubia tinctorum L.) y de otras Rubiaceae, en combinación con 2 moles de glucosa, formando el compuesto ácido ruberítrico. Fue un importante colorante natural, sustituido desde 1871 por el producto sintético y varios de sus derivados. Colin y Robiquet la aislaron en 1826 y su estructura fue determinada en 1868 por Graebe y Liebermann. Las primeras síntesis técnicas fueron desarrolladas independientemente por Caro y W.H. Perkin.

Allen-Doisy, test de (Allen-Doisy test): véase Estrógenos. Almacenamiento lisosomal, enfermedad de (Lysosomal storage disease): véase Errores congénitos del metabolismo.

Almidón (Starch): polisacárido de Ai alta, fórmula (C 6 H I0 O 5 ) ii ; el principal glícido de almacenamiento de la mayoría de las plantas superiores, formado por aproximadamente 80% de Amilopectina (véase), insoluble en agua, y 20% de Amilosa (véase), soluble en agua. En el metabolismo vegetal, aparece en los cloroplastos como producto de la asimilación; después se degrada y los productos de la degradación se traslocan, resintetizándose de nuevo (en granos o gránulos) en los órganos de almacenamiento, es decir, raíces, tubérculos o médula. Por su forma y la manera de estratificar, los granos de A. se clasifican en compuestos simples, céntricos o acéntricos, lo que permite la identificación del origen de la harina (p.ej. maíz, arroz, trigo, centeno) por microscopía. Se biosintetiza a partir de difosfato de adenosina y glucosa (Fig. pág. siguiente). En la digestión animal, se hidroliza por acción de las amilasas; Iaa-amilasa (EC 3.2.1.1) hidroliza los enlaces a(l 4) al azar, dando lugar a una mezcla de glucosa y maltosa, que se hidroliza a glucosa por la a-D-glucosidasa (EC 3.2.1.20), de manera que la degradación completa de la amilosa da lugar a glucosa. La a-amilasa no puede hidrolizar los enlaces oc(l —> 6) de los puntos de ramificación de la amilopectina, por lo que el producto de la acción de la a-amilasa sobre la amilopectina es un núcleo de dextrina altamente ramificada, que representa el 40% de la amilopectina original. El intestino delgado contiene también una oligo-a( 1 —> 6)-glucosidasa que hidroliza los enlaces 1 —> 6 y completa la degradación total de la amilopectina. Las oc-Amilasas (EC 3.2.1.2) se encuentran especialmente en las semillas en germinación (p.ej. la malta) y actúan en el extremo no reductor de la cadena polisacárida, eliminando sucesivamente unidades de maltosa. La a-Amilasa tampoco puede romper los enlaces a ( l —> 6) de los puntos de ramificación. En las células vegetales, el A. de almacenamiento es movilizado a 1-fosfato de glucosa por fosforólisis. Es muy importante en la nutrición humana, proporcionando la mayor parte del requerimiento de glícidos de la dieta (el hombre necesita unos 500 g al día); son especialmente ricos en A. las patatas, los cereales y los plátanos. El metabolismo de 1 g de A. aporta 16,75 kJ (4 kcal). Se prepara comercialmente a partir de productos 33

Alnulina

vegetales, especialmente patatas, trigo, arroz y maíz, y tiene abundantes usos en la industria y la tecnología alimentarias. Alnulina (Alnulin): véase Taraxerol. Alocolano (Allocholane): término anticuado del 5oc-colano, véase Esteroides. Alodesoxicólico, ácido (Allodeoxycholic acid): ácido 3a,12cx-dihidroxi-5cx-colan-24-oico, uno de los ácidos Biliares (véase). Es un ácido dihidroxi esteroide carboxílico,' M r 392,6; * ' a diferencia de la mayoría de los demás ácidos biliares, tiene un anillo acoplado A/B-trans. Se ha aislado en la bilis y las heces de conejos. Alofanato hidrolasa (Allophanate hydrolase): véase Urea-amido liasa.

Alofánico, ácido (Allophanic acid): véase Urea-amido liasa. Alogiberélico, ácido (Allogibberellic acid): véase Giberelinas. Alomonas (AHomones): véase Feromonas. Alopregnano (Allopregnane): término anticuado de 5a-pregnano, véase Esteroides. Alosteria (Allostery): cambio de la conformación de las proteínas con estructura cuaternaria tras su unión a ciertos ligandos de bajo peso molecular. Desempeña un papel importante en la regulación enzimàtica (véase Efectores) y en la incorporación de oxígeno a la hemoglobina. Aloxano (Alloxan): compuesto descubierto por Liebig en el mucus que se segrega durante la

Adenosina-difosfato-glucosa (a-M-glucosil), Adenosina-difosfato-glucosa

—»-ADP

(a-1,4-glucosil)^ —s-ADP

- (a-1,4-glucosil)n>í »•ADP

Almidón

0' OH

ÓH

Glc

Glc

' O H i

' O H

Glc

Glc

' i

ÓH

Glc

>-f

p-Amilasa

H20-

2» escisión

1" escisión Glc -

Glc

Glc-

Maltasa

-Glc

Maltosa

Maltosa

^-HjO

kh 2 O Glc

Glc

Glucosa II

Fosforilasa

Glc

Glc

P, A

f; -A

1« escisión Gtc-1-P

Glc

t

Glc

Glc -

P, A

2* escisión Glc-1-P

1-Fosfato de glucosa

Síntesis y degradación delalmidón. I, degradación hidrolítica; II, degradación fosforolítica. Glc, glucosa. P., fosfato inorgánico. 34

Alternaría alternata, toxinas de

disentería. Se utiliza para inducir diabetes experimental en animales, ya que ataca preferentemente las células P del páncreas. H ^ ^

Y NH

O Aloxano Alquilantes, agentes (Alkylating agents): compuestos químicos que pueden donar grupos alquilo, generalmente metilo o etilo. Los A.a. monofuncionales, como el dimetilsulfato o el etilmetanosulfonato, sólo transfieren un grupo funcional, mientras que los bifuncionales, como el gas mostaza, gas mostaza nitrogenado o ciclofosfamida, reaccionan con varias moléculas o varias partes de una macromolécula, entrecruzándolas. Son frecuentemente carcinogénicos y mutagénicos, pero no obstante, algunos se usan en la quimioterapia del cáncer (véase Mitomicina C). Las unidades activas de Un carbono (véase) son A.a. biológicos. Los A.a. químicos tienen amplio uso en la síntesis de laboratorio de macromoléculas, para proteger grupos reactivos y para la elucidación de Centros activos (véase) de enzimas y de moléculas receptoras. ALS: abrev. de Suero antilinfocítico, reemplazado en la actualidad por anticuerpos monoclonales específicos para determinantes de superficie celular de tipos particulares de linfocitos, como las células T, células B o macrófagos. Alternaría alternata, toxinas de (Alternaría alternata toxins): Alternaría alternata es un hongo que produce diversas enfermedades en las plantas. Hay varios patotipos diferentes, que infectan distintas especies y producen diferentes fitotoxinas específicas del huésped; se han caracterizado varias. El que ataca a las manzanas produce una toxina que consta al menos de 6 componentes, de los que se han identificado dos: el depsipéptido alternariólido (Fig. 1) y su derivado desmetoxi. En manzanos susceptibles, el alternariólido produce clorosis intervenal a concentraciones de nM, mientras que en variedades resistentes se necesita 1 |¿M. La toxina produce liberación

3

c

\ / 3 ^ fi NH-C-CH-O-C^ CH30^n>-(CH2,3-^

CH-CH3

C—NH—C—C—NH J II 0\ O CH

Figura 1. Alternariólido [S. Lee (1976) Tetrahedron Lett. No. 11, 843-846],

inmediata de electrólitos, lo que sugiere que el lugar sensible a la toxina es el plasmalema. Varios patotipos producen también el tetrapéptido cíclico tentoxina (Fig. 2), que induce clorosis en muchas plantas (p.ej., lechuga, patata, pepino, espinaca) pero no enNicotiniana, tomate.

Figura2. Tentoxina [D.H. Rich and P.K. Bhatnagar (1978) J. Am. Chem. Soc. 100, 2212-2218],

repollo o rábano. Se une al factor de acoplamiento 1 del cloroplasto (un lugar de unión a la toxina por cada complejo de subunidades a(3), inhibiendo la fotofosforilación y la ATPasa Ca2+dependiente. La especificidad de especie se debe a diferentes afinidades de unión al factor de acoplamiento 1 (1,3-20 x 10~7M para un 50% de inhibición en especies sensibles y 20 veces más alto en especies no sensibles). El patotipo que causa úlceras en el tallo del tomate produce 3 toxinas relacionadas (Fig. 3). El aspartato y ciertos productos del metabolismo del aspartato (p.ej. el ácido orático) protegen a las plantas de tomate contra las toxinas y se piensa que la toxicidad se puede deber a la inhibición de la aspartato transcarbamilasa. La susceptibilidad 35

Altramuz, alcaloides del

CH,

CH,

I

I

CH,-CH2-CH-CH-CH-CH2-CH-(CHJ5-CH-CH-CH,-CH-CH3-NH,

I l

I I

X V

OH

OH

I

OH

.

1. X=Y=OH: 1-amino-11,15-dimetilheptadeca-2,4,5,13,14-pentol 2a. X=OH; Y = O O C - C H 2 - C H - C H 2

I

I

"OOC

2b. X = " O O C - C H , - C H - C H 2

I

I c=o I 0

"OOC

C=0

I

0 ' ; Y=OH

Ésteres de 1. con / àcido 1,2,3-propanodicarboxilico

Figura 3. Toxinas de Alternarla alternata F. sp. Lycopersici [A.T. Bottini et al. (1981) Tetrahedron Leti. No. 22, 2723-2726],

a la enfermedad está controlada por un par de alelos. Altramuz, alcaloides del (Lupin alkaloids): grupo de alcaloides quinolizidínicos, que contienen un anillo denominado quinolizidina, octahidropiridocolina, norlupinano, o 1-azabiciclo[0,4,4]decano, que se puede condensar con otros anillos que contengan N, de manera que se conocen A.a. bi-, tri-, y tetracíclicos. Los más importantes son lupina, lupanina, esparteína y citisina. Derivan biosintéticamente de la lisina a través del producto de su descarboxilación, la cadaverina. Dos moléculas de cadaverina dan lugar a lupinina, y tres a esparteína (Fig.). Se encuentran en las plantas del género Lupinus

(altramuz), en la retama (Sarothamnus scoparius Koch), el codeso (Laburnum anagyroidesMedie.) y el tojo (Ulex europaeus L.). Los altramuces amargos no se pueden usar directamente como alimento para animales porque contienen alcaloides amargos y tóxicos, pero se pueden eliminar por tratamiento al vapor, maceración en agua y extracción. Alternativamente, se pueden usar altramuces dulces pobres en alcaloides producidos por selección. Alucinógenos (Hallucinogens): grupo de drogas que causan cambios en el estado de ánimo, percepción, pensamiento y conducta. Este grupo no incluye drogas que causan adicción física, aunque algunos de los que las utilizan pueden

NHj

H^S^;

20

-

•CH 2

I -

.CH 2

H2

HJC

(IIH, Lupinaldehído

Cadaverina

CH2

H2N'

^ C H2

Nlí

Lupinina

XH, H2

—

Cadaverina Esparteína

Biosíntesis de los alcaloides del altramuz lupinina y esparteína. 36

Amatoxinas

llegar a depender de ellos. Los más potentes se denominan psicodélicos. Se dividen en cuatro grupos: derivados de alcaloides indólicos (triptamina, harmina, ibogaína, LSD y psilocibina), derivados de piperidina (belladona, atropina, escopolamina, hiosciamina y fenilciclidina), feniletilaminas (mescalina, anfetamina y adrenocromo), y canabinoles de las plantas del género Cannabis. La mayoría son simpaticomiméticos y producen aumento de la presión sanguínea y del número de pulsaciones, dilatación de las pupilas, sudoración, palpitaciones y aumento de los reflejos tendinosos. La marihuana (hojas secas de Cannabis) es el A. más débil, y permanece en el organismo 2-3 horas si se fuma, y más si se ingiere. El LSD es el más potente, siendo la dosis eficaz para un adulto 25 |i.g; permanece en el organismo 6-8 horas, con el máximo efecto psicológico a las 3-4 horas, momento en el que la mayor parte ha desaparecido ya del sistema nervioso central. Los A. tienen usos médicos y psiquiátricos legítimos, y el uso de algunos de ellos para fines no médicos está muy extendido. Para una revisión, véase Marihuana Research Findings: 1976, (Robert C. Peterson, ed.) National Institute on Drug Abuse Research Monograph #14 (1977), del Departamento de Salud, Educación y Bienestar de los Estados Unidos. Amanitina (Amanitin): véase Amatoxinas. Amapola, alcaloides de (Poppy alkaloids): véase alcaloides de Papaveráceas. Amarilidáceas, alcaloides de (Amaryllidaceae alkaloids): grupo de alcaloides complejos presentes sólo en la familia de plantas Amaryllidaceae. Se pueden clasificar como alcaloides de fenilisoquinolina (véase Alcaloides isoquinolínicos), porque su biosíntesis (Fig.) es similar, comenzando con feniletilamina o tiramina y un compuesto carbonilo. Las estructuras finales se generan por escisión y ciclación del anillo secundario. La última etapa de la biosíntesis está catalizada por una fenol oxidasa. El principal alcaloide, gelantamina, se aisla en la «campanilla de nieve» caucasiana Galanthus woronowii y tiene uso terapéutico como inhibidor de la acetilcolinesterasa. Amarintina (Amarinthin): colorante rojo del grupo de las betacianinas. En vez del residuo de glucosa de la betanina tiene un disacárido unido glicosidícamente 5-0-(ácido P-D-glucosilpira-

nosilurónico)-5-0-P-D-glucopiranósido. Se encuentra en especies de Amaranthus, p.ej. el alopecuro, Ceiosia argentea. Amatoxinas (Amatoxins): grupo de octapéptidos bicíclicos que, junto con las falotoxinas, son los venenos más importantes del hongo mortal Amanita phalloides (Fig.). Inhiben la RNA polimerasa II nucleoplásmica (EC 2.7.7.6) de las células eucariotas, y producen necrosis de las células del hígado y del riñon. Los efectos venenosos de las A. y las falotoxinas se inhiben por aplicación simultánea de antamanida. Más del 90% de los envenenamientos mortales por setas se deben al consumo de Amanita phalloides y especies relacionadas. La estructura de las amanitinas fue establecida porTh. Wieland. R,

I

HJC-CH-CH-CHI-RJ HN-CH-CO-NH-CH-CO-NH-CH2-CO CH, OC NH 1

Vil

-CH .¡ON HO

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CH2

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HJC-COR 3 A-AMANLTINA P-AMANITINA -F-AMANITINA AMARINA AMANULINA

R, OH OH OH OH H

Rj

OH OH H OH H

Ra

R* OH OH OH H OH

NH2 OH NH; OH NH,

Amatoxinas

NH2 Protocatecualdehido

Tiramina

HO B a s e d e Schiff

OH

HO Belladina

CH30 Gelantamina

Biosíntesis de los alcaloides belladina y galantamina. 37

Ambanol

Ambanol (Ambanol): el único isoflavonol natural conocido (Fig.), presente en las raíces de Neorautanenia amboensis. [M.E. Oberholzer et al. (1977) Tetrahedron Lett. 1165-1168].

Amentoflavona (Amentoflavone): véase Biflavonoides. Amicetinas (Amicetins): antibióticos pirimidínicos (véase Antibióticos nucleosídicos) sintetizados por diversas especies de Streptomyces, p.ej. S.fasciculatas y S. vinaceusdrappus sintetizan A.A, Mr 618,7, bacteriostática especialmente contra bacterias Gram-positivas; 0,5 (ig/ml de A.A inhiben el crecimiento de Mycobacterium tuberculosis. La A.B (plicacetina), Mr 517,6, fue aislada en Streptomycesplicatus por Snesi (1957) y Haskell (1958); se supone que es precursora de la A.A. Tiene el mismo espectro de acción que la A.A, pero con efecto más débil. La Citimidina, M. 331,3, es un producto de la degradación de A. formado por citosina, ácido 4aminobenzoico y 2-metil-D-serina.

implicada en la biosíntesis de estreptidina. Se ha descrito también la presencia de una A. de especificidad de sustrato no conocida en la biosíntesif de derivados de guanidina. La transferencia del grupo amidina intacto por A. se demostró por doble mareaje del grupo amidina de la L-arginina con '"C y l5N. Esta A. tiene actividad de transferasa y de hidrolasa y en este sentido es una posible arginasa. Amigdalina (Amygdalin): véase Glicósidos cianogénicos (Tabla). Amilasas (Amylases), diastasas (EC 3.2.1.1, 3.2.1.2 y 3.2.1.3): grupo de hidrolasas ampliamente distribuido, que escinden los enlaces a-1,4 glicosídicos de oligosacáridos y polisacáridos como almidón, glucógeno y dextrinas. La a-A. es una endoamilasa, mientras que la A. (A. sacarogénica) y lay-A. (glucoamilasa) son exoamilasas. La actividad de la a-A. produce dextrinas que se convierten posteriormente en maltosa (87%), glucosa (10%)y oligosacáridos ramificados (3%). Las P-A. y y-A. atacan el sustrato a partir del extremo no reductor de la cadena, produciendo la primera unidades de maltosa (en configuración (J después de la inversión), y unidades de glucosa (incluso a partir de enlaces a-1,6 glicosídicos si están adyacentes a enlaces 1,4) la segunda. Se diferencian en la distribución, estructura y mecanismo de acción. La a-A. y la y-A. se encuentran en animales (la primera en las glándulas salivares y el páncreas de omnívoros, la segunda en el hígado) y plantas, y la (3-amilasa sólo se encuentra en semillas. Las a-A. de mamíferos son cloruro-dependientes y

HjC^^CHÍ

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ii

Citosina

NH2

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NH+C >

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NH- •C—(J:—CHJOH

Acido p-aminobenzoico

CH3

a-Metil-D-serina

Estructura de las amicetinas A y B Amidinotransferasas (Amidinotransferases), transamidinasas (EC 2.1.4): grupo de enzimas que catalizan transamidinaciones que intervienen en la biosíntesis de creatina. Una A. de Streptomyces griseus y de S. baikiniensis está 38

todas las a-A. de animales y plantas contienen calcio. La a-A. de Bacillus subtilis contiene Zn. Las P-A. de plantas se forman como zimógenos insolubles durante el proceso de maduración de la semilla.

Aminas biógenas a-Amilasa, test de la (a-Amylase test): véase Gibelerinas. Amilo-l,6-glucosidasa (Amylo-l-6-glucosidase), enzima desramificante (EC 3.2.1.33): endoglucosidasa que escinde los enlaces 1—>6 glicosídicos de los puntos de ramificación del glucógeno y la amilopectina. En mamíferos y l e v a d u r a s está a s o c i a d a con u n a g l i c o s i l transferasa que separa todos los residuos de glucosa con enlaces 1 —> 6. M del complejo del músculo, 273.000 y de levaduras 210.000. El complejo del músculo consta de dos subunidades de Mr 1 3 0 . 0 0 0 y el de l e v a d u r a s de tres subunidades de M t 120.000, 85.000 y 70.000. Amilopectina (Amylopectin): un componente del almidón (el otro es la amilosa). Es un polisacárido ramificado, insoluble en agua, formado por una cadena principal de unidades de D-glucosa unidas por enlaces a - 1 , 4 , con cadenas laterales unidas a la 8 a ó 9" glucosa por un enlace a-1,6. La cadena lateral consta de 1525 unidades de glucosa, Ai 500.000-1.000.000. Forma con el iodo compuestos de inclusión de color violeta a rojo-violeta; se hincha en el agua y al calentarla forma una pasta. La P-amilasa (EC 3.2.1.2) degrada A. liberando dextrinas, y la a-amilasa (EC 3.2.1.1) libera aproximadamente 70% de maltosa, 10% de isomaltosa y 20% de glucosa. La hidrólisis con ácidos diluidos produce D-glucosa. Amilopectinosis (Amylopectinosis): véase enfermedades por almacenamiento de Glucógeno. Amilorida (Amiloride): droga que inhibe la entrada de Na + en las células. Se descubrió como natriurético que incrementa la excreción de Na+ pero que no afecta la excreción de K+ [Baer etal. (1967) J. Pharmacol. Exp. Ther. 157 472], Las células animales tienen dos sistemas de transporte de Na + ; el primero es la ATPasa N a 7 K + que exporta Na + e importa K+ en contra del gradiente de concentración de ambos. (La concentración extracelular de Na + es mucho más alta que la intracelular mientras que la de K+ es mucho mayor dentro que fuera de la célula); esta bomba NaV

0 NH II II Cl X / ^ ^ / C ~N H - C - N H2

Amilorida

K+ es inhibida por la ouabaína. Recientemente, se ha descubierto otra bomba que importa Na + y exporta H+ que se inhibe por la A., por lo que se denomina «bomba de Na + sensible a amilorida». [J.B. Smith y E. Rozengurt (1978) Proc. Nati. Acad. Se i. USA 75, 5560-5643; E. Rozengurt (1981) Adv. Enz. Regul. 19, 61-85], Amilosa (Amylose): uno de los componentes del almidón (el otro es la amilopectina). Es un polisacárido ramificado soluble en agua que consta de 100-300 residuos de D-glucopiranosa. M r 10.000-50.000; el disacárido básico es la maltosa. La cadena del polisacárido se mantiene en una conformación en espiral por puentes de hidrógeno, con 6 unidades de monosacárido por vuelta de hélice, distinta a la de la celulosa. Con el iodo forma compuestos de inclusión de color azul. La degradación por a-amilasa (EC 3.2.1.1) produce alrededor de 90% de maltosa y 10% de D - g l u c o s a . La d e g r a d a c i ó n s u a v e p r o d u c e dextrinas.

Amilosa Aminación (Amination): introducción de un grupo a m i n o (-NH 2 ) en un c a r b o n o de un compuesto orgánico, lo cual se puede hacer por A. reductora o por transaminación. La A. reductora requiere un nucleótido de piridina reducido como agente reductor. La A. reductora más común, la del a-cetoglutarato por la L-glutamato deshidrogenasa (EC 1.4.1.4) necesita NADPH. Aminas biógenas (Biogenic amines): productos de interés biológico y farmacológico, ampliamente distribuidas en plantas y animales, caracterizados por tener un grupo amino. Incluyen los siguientes grupos: derivados de etanolamina, (colina, acetilcolina y muscarina); polimetilendiaminas (cadeverina, putrescina); poliaminas (espermina); imidazolalquilaminas (histamina); fenilalquilaminas (mescalina, tiramina y hordenina); catecolaminas (adrenalina, noradrenalina y dopamina); indolalquilaminas (triptamina y serotarina) y betaínas (carnitina). Pueden ser precursores de alcaloides (por lo que también se las llama protoalcaloides) y hormonas, y algunas son Neurotransmisores 39

Aminas estimulantes

(véase) o componentes de fosfolípidos, vitaminas, ribosomas y bacterias. La biosíntesis y el metabolismo de las A.b. son generalmente similares. Exceptuando las betaínas, se sintetizan por descarboxilación e hidroxilación de aminoácidos. Las hormonas tiramina y catecolamina se sintetizan a partir de tirosina; la triptamina, serotonina y melatonina a partir de triptófano; las histaminas a partir de histidina y el ácido 4-aminobutírico deriva del ácido glutámico. Otras son precursoras de vitaminas; p.ej. la propanolamina, precursora de la vitamina B12, se sintetiza a partir de treonina, mientras que los precursores de coenzima A, cisteamina y p-alanina, se obtienen a partir de cisteína y ácido aspártico respectivamente. La cadaverina (derivado de lisina) y la putrescina (de ornitina) se han encontrado en ribosomas y en bacterias. La espermidina (o espermina) se sintetiza a partir de metionina y se encuentra en el esperma. La etanolamina, componente de los fosfolípidos, se obtiene a partir de serina. Algunas A.b. son alucinógenas (mescalina y psilocibina) y muchas son tóxicas (cadaverina y putrescina). Aminas estimulantes (Stimulant amines): véase Antidepresivos. Amina, sistema descarboxilasa captador de precursores de (Amine precursor uptake decarboxilase system), Sistema APUD: el sistema nervioso y parte del tracto gastrointestinal derivan de células del neuroectodermo de la primitiva cresta neural. El intestino y el cerebro producen varios péptidos idénticos, p.ej. bombesina, colecistocinina, neurotensina, sustancia P, encefalina, gastrina, péptido intestinal vasoactivo, somatostatina, etc., lo que refleja el origen embriológico común de los dos tejidos. Estos péptidos funcionan específicamente en el intestino y el sistema nervioso, pero sus funciones son distintas, porque la mayoría de los péptidos no atraviesan la barrera hematoencefálica. Las células APUD tienen su origen en una neurona ancestral; aunque han perdido el axón, la inervación es posible mediante terminales sinápticas, o están bajo control nervioso indirecto. Se conocen seis formas de expresión de las células APUD: neurocrina (en neuronas), neuroendocrina (vía axones), endocrina (en la corriente sanguínea), paracrina (en el espacio intercelular), epicrina (en células somáticas), y exocrina (hacia el exterior). 40

A.G.E. Pearse [en Centrally Acting Peptides (1978), J. Hugues, ed., MacMillan] ha definido el concepto del sistema APUD como sistema neuroendocrino difuso de la manera siguiente: «Las células de la serie APUD, que producen péptidos activos como hormonas o neurotransmisores, derivan de células neuroendocrinas originadas a partir del ectoblasto. Constituyen una tercera (endocrina y neuroendocrina) división del sistema nervioso, y sus células actúan como una tercera línea de efectores para mantener, modular o ampliar las acciones de las neuronas en las divisiones somática y autonómica, y posiblemente como tropinas en células neuronales y no neuronales». Aminoacético, ácido (Aminoacetic acid): véase Glicina. Aminoácido oxidasas (Amino acid oxidases): véase Enzimas flavínicas. Aminoácidos (Amino acids): ácidos aminocarboxílicos, ácidos orgánicos que llevan grupos amino, normalmente no más de dos. Se clasifican en oc, p, y, ..., según la posición del carbono que lleva el grupo -NH2 con respecto al -COOH (Fig. 1).

H

Residuo (variable)

R

_C_C00H |

Grupoa-carboxilo

NH 2

Grupoa-amino

Figura 1. Estructura de un a-aminoácido. Los a-A., como componentes de proteínas y péptidos, y también en forma libre, constituyen una de las clases de sustancias orgánicas más importantes de la célula. El RNA mensajero codifica 20 A. (véanse biosíntesis de Proteínas, Código genético); se encuentran comúnmente en las proteínas y se conocen como A. proteogénicos o proteinogénicos (Tabla 1). La existencia de residuos de aminoácidos no proteogénicos en las proteínas se debe a modificaciones post-transduccionales de las Proteínas (véase). Para más información sobre aminoácidos individuales, consultar las voces correspondientes. Según su punto isoeléctrico se clasifican en ácidos o básicos, y según la naturaleza de sus

Aminoácidos

cadenas laterales, se dividen en cuatro grupos, indicados en números romanos en la Tabla 1: I. cadenas laterales neutras hidrofóbicas (no polares). II. c a d e n a s laterales neutras h i d r o f í l i c a s (polares). III. c a d e n a s laterales ácidas h i d r o f í l i c a s (polares). IV. cadenas laterales básicas hidrofílicas (polares). A d e m á s de esta clasificación química, se dividen por los productos de su degradación en A. glucogénicos y cetogénicos. Los glucogénicos se degradan a ácidos dicarboxílicos de C 4 o piruvato, que son productos intermedios en el c i c l o T C A . E s t e ciclo t a m b i é n s u m i n i s t r a oxalacetato para la Gluconeogénesis (véase), de manera que las cadenas carbonadas de este grupo de A. se pueden incorporar a la glucosa. Los A. cetogénicos se degradan a cetonas que no son parte del ciclo T C A , en particular a ácido acetoacético. Finalmente, los A. se clasifican en esenciales (indispensables) y no esenciales (no indispensables), dependiendo de si el organismo en cuestión puede sintetizarlos en cantidades adecuadas para sus necesidades. Los A. esenciales deben suministrarse con la dieta y el suministro inadecuado produce un balance negativo de Nitrógeno (véase); los A. medio esenciales son los que se pueden sintetizar, pero en cantidades insuficientes para los requerimientos fisiológicos, p.ej. el crecimiento. Una dieta inadecuada de cualquiera de los aminoácidos esenciales inhibe la síntesis de proteínas porque el complejo polipéptido naciente-ribosoma-mRNA se detiene donde se debería incorporar el aminoácido que falta, de manera que los demás aminoácidos se acumulan, desviándose hacia rutas metabólicas degradativas; de ahí la pérdida de nitrógeno. Los requerimientos humanos de aminoácidos esenciales se indican en la Tabla 2. Excepto la glicina, todos los A. contienen al menos un átomo de C asimétrico y son por tanto ópticamente activos. Con unas pocas excepciones, los A. naturales tienen configuración L. Se encuentran D-A. en las paredes celulares, en las cápsulas y los medios de cultivo de algunos microorganismos, y en muchos antibióticos. Los A. que no tienen el grupo amino en posición a (los (i-, y-, 8-A., p.ej. la (3-alanina) se encuentran como ácidos libres o como componentes de productos naturales, pero no en proteínas.

Propiedades: los A. son anfóteros ya que llevan grupos NH 2 y C O O H , y sus soluciones son anfolitos. En estado sólido y en solventes muy polares, son zwitteriones, H 3 + N-CHR-COO~. Con pocas excepciones, son muy solubles en agua, amoníaco y otros solventes polares, pero apenas lo son en solventes no polares o poco polares como etanol, metanol y acetona. Los que tienen cadenas laterales hidrofílicas son más solubles en agua. La solubilidad en agua de un A. es más baja en su PI porque la forma zwitteriónica dominante disminuye la propiedad hidrofílica de los grupos amino y carboxilo. La disociación de A. es f u e r t e m e n t e dependiente del pH de la solución y la forma zwitteriónica sólo está presente entre pH 4 y 9; en soluciones más ácidas se encuentran como cationes H 3 + N-CHR-COOH y en soluciones más alcalinas, como aniones H 2 N-CHR-COO~, por lo que las curvas de titulación de A. muestran dos zonas tamponantes, y también están afectadas por el comportamiento disociativo de las cadenas laterales, especialmente las ácidas y básicas (Fig. 2). El comportamiento ácido-base de los A. es un modelo para el de péptidos y proteínas, y la base para la s e p a r a c i ó n por e l e c t r o f o r e s i s y cromatografía de intercambio iónico. La absorción de UV de los A. con funciones cromofóricas en la cadena lateral (p.ej. triptófano, tirosina y fenilalanina) permite determinarlos cuantitativamente, tanto libres como en proteínas y péptidos. Los A. proteogénicos de la célula forman el «pool» de A., en el que se incluyen los p r o c e d e n t e s de f u e n t e s n u t r i c i o n a l e s , de proteólisis y de síntesis de novo. Este «pool» incluye también los precursores e intermediarios que contienen nitrógeno de A. proteogénicos y no proteogénicos. Los A. proteogénicos se pueden agrupar en familias según el origen biosintético de su esqueleto de carbono: 1. La familia de la serina incluye los derivados de fosfato de triosa: serina, glicina, cisteína y cistina; 2. La familia del cetoglutarato está formada por aquellos cuyo esqueleto deriva del oxalacetato suministrado por el ciclo TCA: glutamato, glutamina, omitina, citrulina, arginina (véase ciclo de la Urea), prolina e hidroxiprolina; 3. La familia del piruvato deriva del piruvato y oxalacetato (Fig. 3); 41

Aminoácidos

Tabla 1. Aminoácidos proteogénicos. Las abreviaturas de tres letras son de uso universal, utilizándose rutinariamente para representar secuencias de proteínas y péptidos (véase Péptidos). La notación de una letra (recomendada por la Comisión para Nomenclatura Bioquímica de la IUPAC-IUB [Eur. J. Biochem. 5 (1968) 151-153]) no se debe usar para la publicación de secuencias, sólo se ha diseñado para facilitar el almacenamiento de información y la comparación de secuencias por ordenador.

Aminoácido L-Alanina L-Arginina L-Asparagina Acido L-aspártico L-Cisteína Ácido L-glutámico L-Glutamina Glicina L-Histidina L-Isoleucina L-Leucina L-Lisina L-Metionina L-Fenilalanina L-Prolina L-Serina L-Treonina L-Triptófano L-Tirosina L-Valina Desconocidos y otros

Abrev. 3 letras Ala Arg Asn* Asp* Cys Glu Gln Gly His lie Leu Lys Met Phe Pro Ser The Trp Tyr Val -

1 letra

Clase

A R N* D* C E

I IV II III II III II I IV I I IV I I I II II I II I

Q G H I L K M F P S T W Y V X

* Cuando no se sabe si el A. en la proteína original es Asn o Asp se utilizan las abreviaturas Asx o B; Glx o Z indican Glu o Gln. Se produce ambigüedad porque la hidrólisis química de los enlaces peptídicos entre aminoácidos convierte la amida de la cadena lateral de la Asn o Gln en el correspondiente ácido. 4. La familia de las pentosas incluye histidina y los tres aminoácidos aromáticos (véase Biosíntesis aromática), fenilalanina, tirosina, y triptófano. Las rutas biosintéticas de algunos A. individuales incluyen como intermediarios a varios A. no proteogénicos. La síntesis microbiana de A. tiene uso industrial. Se cultivan microorganismos, normalmente 42

Aminoácidos formados por modificación traduccional, presentes sólo en proteínas ciales Aminoácido 5-Hidroxi-L-lisina L-3,5-Dibromotirosina L-3,5-Di-yodotirosina L-3,5,3'-Tri-yodotironina L-Tiroxina Hidroxi-L-prolina

postespe-

Distribución Colágeno de peces Esqueleto de Primnoa lepadifera (coral) Esqueleto de Gorgonia cavolinii (coral) Tiroglobulina (proteína tisular de la glándula tiroides) Tiroglobulina Colágeno, gelatinas

Figura 2a. Curva de titulación de la alanina.

bacterias, en medios sintéticos, utilizando cepas mutantes con defectos en el control de sus rutas metabólicas, lo que determina una superproducción masiva (desde el punto de vista del organismo) del A. que interesa; éste se excreta al medio y se extrae de él. [Herman J. Phaff, «Industrial Microorganisms» en Scientific American 245 (1981) 76-89], Los A. del «pool» celular se utilizan para la síntesis de nuevas proteínas, se degradan, o sirven como precursores de metabolitos especiales como hormonas. Las principales rutas metabólicas son 1. transaminación a a-cetoácidos, 2. descarboxilación, 3. transformación de la cadena lateral y 4. desaminación oxidati va a a-cetoácidos (Tabla 3).

Aminoácidos

Tabla 2. Requerimientos

mínimos de aminoácidos del hombre en mg por kg y día

lie

Leu

Lys

Phe(Tyr)

Met

Cys

Niños Hombres

90 10,4

9,9

90 8,8

Mujeres

5,2

7,1

3,3

90 1 4,3 2 13,33 3,1"

85 1,5 13,2 4,7

11,6 0 0,5

Estándares de la OMS

3,0

3,4

3,0

2,0 5

1,6

1,4

Thr

Trp

Val

60 6,5

30 2,9

85 8,8

3,5

2,1

9,2

2,0

3,0

1 en presencia de L-tirosina; 2 Tyr 15,9 mg/kg: Tyr/Trp = 5,5; 3 en ausencia de L-tirosina; 4 Tyr 15,6 mg/kg: Tyr/Trp = 7,4; 5 Tyr 5,0 mg/kg: Tyr/Trp = 2,0. OMS es la Organización Mundial de la Salud.

1.0

OH" equivalente

2.0

Figura 2b. Ejemplo de curvas de titulación de

3.0

aminoácidos.

L o s A. no proteogénicos no se incorporan normalmente en proteínas. Incluyen intermediarios en la biosíntesis de A. proteogénicos, p.ej. ácido 6-aminoadípico, ácido diaminopimélico y cistationina. En la actualidad se conocen unos 200 A. no proteogénicos; la mayoría se encuentran en plantas, limitados en cada caso a ciertos grupos t a x o n ó m i c o s , p u d i é n d o s e agrupar, según su biosíntesis, en los cuatro grupos de A. biogenèticamente relacionados. En casos excepcionales, se incorporan durante la traducción A. que no son normalmente proteogénicos, p.ej., Lcitrulina en proteína de los folículos del pelo y ácido 8-aminoadípico en proteína de maíz. La distribución de A. naturales raros se usa en quimiotaxonomía. Los términos «raro» o

«inusual» se r e f i e r e n sólo a su d i s t r i b u c i ó n esporádica y a diferencias estructurales respecto a los A. proteogénicos. Más de 20 A. no proteogénicos se diferencian de la alanina en que un hidrógeno del grupo metilo está sustituido. Otros muchos A. raros naturales están estructuralmente relacionados con los A. proteogénicos. Los A. no proteogénicos también pueden actuar como antagonistas de A., p.ej., el ácido azetidina-2carboxílico, un constituyente tóxico del lirio de los valles, es un análogo estructural de la prolina en el que el anillo tiene un átomo de C menos. En esta planta, se evita la incorporación incontrolada de ácido azetidina 2-carboxílico en la proteína propia de la planta por la síntesis altamente específica de prolil-tRNA, pero en otros 43

Aminoácidos Valina

Alanina + (NH3)

Acido a-Ceto¡sovalérico

l

Ruta del ácido 2-aminoadfpico -> Acetii-CoA

Piruvato

> Lisina

+ (C0 2 )

Leucina

Oxalacetato + (NH3) ^ + (Piruvato) Aspartato > Ácido diaminopimélico

a-Cetobutirato [LeuAMP-enzima] + PP. 2) [Leu-AMP-enzima] + tRNA1-0" leuciltRNA 1 ^ + AMP + enzima. Son altamente específicas respecto al aminoácido que activan, y reconocen el tRNA con gran precisión, por un mecanismo no aclarado. Su precisión para cargar el aminoácido correcto depende de un proceso de edición. El lugar activo que forma el enlace éster entre el aminoácido y el tRNA no puede distinguir completamente entre el aminoácido correcto y un homólogo más pequeño, p.ej. la valil-tRNA-sintetasa puede unir Ala o Thr al tRNAVal. Esto se compensa porque en la sintetasa existe un segundo lugar con 46

actividad esterásica y mucho más activo con el aminoácido erróneo que con el correcto. Las A. constan de una cadena polipeptídica o de dos o cuatro subunidades h o m ó l o g a s o heterólogas. Las células eucariotas contienen más de 20 A. diferentes, porque las mitocondrias y los plástidos tienen sus propias aminoacil-tRNA específicas para aminoácidos, que difieren de las del citoplasma por su especificidad hacia tRNA homólogos. Algunas A. pueden cargar varios tRNAs específicos de aminoácidos, p.ej. la leuciltRNA sintetasa de Escherichia coli puede cargar Lcu 5 tRNA E.coh . F , 2-Aminoadípico, ácido (2-Aminoadipic acid), abrev. Aad: HOOC-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH (NH 2 )-COOH, aminoácido proteogénico sólo en el maíz. Mr 161,1. Es un producto intermedio en la biosínteis de L-lisina por la ruta del Aad. En agua hirviendo, el aminoácido se cicla a ácido piperidoncarboxílico. 2-Aminoadípico, ruta del ácido (2-Aminoadipic acid pathway): véase L-Lisina. Aminoazúcares (Amino sugars): monosacáridos en los que un grupo hidroxilo está sustituido por un grupo amino, a menudo acetilado. Las 2amino-2-desoxialdosas son importantes como componentes de las paredes celulares bacterianas, algunos antibióticos, sustancias de los grupos sanguíneos, oligosacáridos de la leche y productos naturales de M alta, como la quitina. Son ejemplos, D-galactosamina, D-glucosamina, Dmanosamina, ácido neuramínico y ácido murámico. En la síntesis de A. el grupo amino procede de la glutamina por transaminación. El 6-fosfato de fructosa se amina a 6-fosfato de D-glucosamina por una hexosa fosfato transaminasa, se convierte en el derivadoN-acetilado por una transacetilasa, se isomeriza a 1-fosfato, y entonces se activa por unión al UTP para formar UDP-N-acetilglucosamina, la cual se isomeriza a UDP-Nacetilgalactosamina. El ácido neuramínico se encuentra a menudo como monofosfato-Nacetilneuraminato de citidina o como neuraminato de JV-glicolilo. Se sintetiza en forma de N-acetilderivado a partir de manosamina y fosfoeno/piruvato. El ácido murámico se sintetiza a partir de UDP-A^-acetil glucosamina que se condensa con fosfoewo/piruvato, reduciéndose entonces a lactato de UDP-A'-acetilglucosamina (UDP-muramato).

3'-Amino-3'-desoxiadenosina

4-Aminobutirato, ruta del (4-Aminobutyrate pathway), ruta del ácido y-aminobutírico: véase ácido 4-Aminobutírico. 4-Aminobutírico, ácido (4-Aminobutyric acid), abrev. 4-Abu, ácido y-aminobutírico, abrev. GABA: H2N-CH2-CH2-CH2-COOH, aminoácido no proteogénico. Mx 103,1. Su formación a partir de ácido L-glutámico, por acción de la glutamato descarboxilasa (EC 4.1.1.15), se ha demostrado en cerebro, en varios microorganismos (p.ej. Clostridium welchii, Escherichia coli), en plantas superiores (p.ej. espinacas, cebada) y en otros tejidos animales (hígado y músculo). También se forma a partir del ácido 4guanidobutírico, por separación de urea (véase derivados de Glutamina), en hongos superiores (Basidiomycetes) y Streptomycetes. Se degrada por transaminación a semialdehído succínico y subsecuente oxidación a ácido succínico, que se oxida en el ciclo TCA. La síntesis de GABA es especialmente importante en el cerebro, donde funciona como neurotransmisor inhibidor. Por su actividad neural, se utiliza para el tratamiento de la epilepsia, la hemorragia cerebral, etc. La ruta del 4-aminobutirato (Fig.) representa un cortocircuito de la descarboxilación oxidativa del

a-cetoglutarato en el ciclo TCA. Sólo algunas células del cerebro sintetizan GABA y sólo aproximadamente el 25% del a-cetoglutarato producido en estas células se convierte en GABA. La ruta del 4-aminobutirato representa menos del 10% del metabolismo oxidativo total del cerebro. Aminocarboxílicos, ácidos (Aminocarboxylic acids): véase Aminoácidos. Aminocítrico, ácido (Aminocitric acid): CH(NH 2 )-C(OH)-CH,

COOH

COOH COOH,

aminoácido identificado en los hidrolizados ácidos de ribonucleoproteínas de timo de ternera, bazo bovino y humano, Escherichia coli y Salmonella typhy. Es un aminoácido ácido, que se eluye antes del ácido cisteico en el analizador de aminoácidos y da un color amarillo característico con la ninhidrina. [G. Wilhelm y K.D. Kupka (1981) FEBS Letters 123 141-144], 3' -Amino-3 '-desoxiadenosina (3'-Amino-3' deoxyadenosine): antibiótico de purina sintetizado por Cordyceps militaris y especies de

"OOC"CH2-CH2-CO-COO"

q-Cetoglutarato —NH3 — NAD(P)H+H+

Glutamato deshidrogenasa (EC 1.4.1.3)

•8»-NAD(P)+

-s-HjO OOC-CH¡-CH 2 -CH (NHj)-COO" I

Glutamato

Glutamato descarboxilasa (EC 4.1.1.15)

I

-COj

"OOC-CH,-CH,-CH,-NH,

| 4-AminobutiratoAminobutiratoaminotransferasa (EC 2.6.1.19)

cx-Cetoglutarato h - ^ Glutamato

"OOC-CH2-CH2-CHO

Semialdehído succínico Semialdehído succínico deshidrogenasa (EC 1.2.1.24)

H2O NADP + NADPH+ H+

"OOC-CH2-CH2-COO"

Succinate

Ruta del 4-Aminobutirato. 47

2-Amino-2-dcsoxi-D-galactosa

Helminthosporium (véase Antibióticos nucleosídicos). Tiene actividad antitumoral. En especies de Helminthosporium se ha aislado también el derivado acetilado 3'-acetamido-3'desoxiadenosina. 2-Amino-2-desoxi-D-galactosa (2-Amino-2deoxy-D-galactose): véase D-galactosamina. Aminoetanol (Aminoethanol): véase Etanolamina. Aminoetanol, fosfoglicéridos de (Aminoethanol phosphoglycerides): véase Fosfolípidos. L-a-Aminoglutárico, ácido (L-a-Amino glutaric acid): véase ácido L-Glutámico. 5(4)-Aminoimidazol-4(5)-carboxamida, ribonucleótido de (5[4]AminoimidazoIe-4[5]carboxamide-ribonucleotide), abrev. AICAR: 5'-fosforribosil-5-amino-4-imida-zolcarboxamida; véase biosíntesis de Purinas, Fig. 1. 5(4)-AminoimidazoI-4(5)-carboxirribonucleótido (5[4]-Aminoimidazole-4[5]-carboxyribonucleotide): carboxilato de 5'-fosforribosil-5-amino-4-imidazoI; véase biosíntesis de Purinas, Fig. 1. 5-AminoimidazoI, ribonucleótido de (5Aminoimidazole ribonucleotide), abrev. AIR: 5'-fosforribosil-5-aminoimidazol, producto intermedio en la biosíntesis de Purinas (véase) y en la formación de tiamina. Ai 295,2. En ciertos mutantes microbianos que no sintetizan purina, el AIR se polimeriza formando un pigmento rojo. 5-Aminoimidazol-4-N-succinocarboxamida ribonucleótido (5-Aminoimidazole-4-Nsuccinocarboxamide ribonucleotide): 5'fosforribosil-4-(N-succinocarboxamida)-5-aminoimidazol. Véase biosíntesis de Purinas, Fig. 1. Aminoisobutírico, ácido (Aminoisobutyric acid): la forma p, 2-metil-P-alanina, H 2 NCH 2 CH(CH 3 )-COOH, es un producto de la degradación reductora de tiamina (véase degradación de Pirimidinas); la forma a , 2metilalanina, H2N-C(CH3)-COOH, no existe en la naturaleza. Ninguno de ellos se incorpora en proteínas. Dado que el a-A.a. no se metaboliza (o lo hace en cantidades mínimas), se usa como modelo para estudiar el transporte y los efectos de las citocininas. 5-Aminolevulínico, ácido (5-Aminolevulinic acid), ácido 8-aminolevulínico: producto intermedio en la biosíntesis de porfirinas y parte del ciclo de Shemin (véase ciclo de la Succinatoglicina). 48

Aminopeptidasas (Aminopeptidases): exopeptidasas (EC 3.4.11), que generalmente contienen iones metálicos, que acortan las proteínas y los péptidos desde el extremo Nterminal de la cadena, retirando residuos de aminoácido de uno en uno. La mejor conocida es la leucina aminopeptidasa, que se obtiene en la mucosa intestinal, ríñones y cristalino del ojo en forma muy purificada o cristalina. Los mejores sustratos sintéticos para esta enzima son la leucinamida, la leucina p-nitroanilida y la hidracida de leucina. Sus efectores son iones metálicos divalentes. Una característica de todas las A. es su incapacidad para hidrolizar enlaces prolilpeptídicos. Son proteínas grandes (Ai. 230.000-330.000); la de hígado consta de dos' subunidades, la de riñon de cuatro, y la de cristalino de seis. Se utilizan eñ la secuenciación de péptidos. Aminopropiónico, ácido (Aminopropionic acid): véase Alanina. Aminopterina (Aminopterin): ácido 4-amino4-desoxifólico (véase Vitaminas, sección Acido fólico), usado como citostàtico y en el tratamiento de ciertos cánceres. Inhibe la enzima dihidrofolato reductasa, que reduce las coenzimas de folato necesarias para la biosíntesis de Purinas (véase) y la producción de timina (véase biosíntesis de Pirimidinas), impidiendo así la síntesis de DNA. Sin embargo, es también tóxica para las células que no se dividen, y no se tolera indefinidamente. El metotrexato (ametopterina) tiene una actividad similar.

R = H, Aminopterina R = CH 3 , Metotrexato

P-Amirenol (P-Amyrenol): véase Amirina. Amirina (Amyrin): alcohol triterpénico pentacíclico con un doble enlace. La a-A. se encuentra en muchas plantas, libre, esterificada y como aglicona de saponinas triterpénicas, y se ha aislado en muchos látex, p.ej. del diente de león, Taraxacum officinale. Su esqueleto hidrocarbonado se denomina 5-a-ursano. La PA. (p-amirenol, a-viscol) se encuentra en las hojas del muérdago, el aceite de semilla de uva, el látex de Taraxacum officinale, etc. Se encuentra

Amoníaco 30

a-Amirina

29

p-Amirina

libre, esterificada y como aglicona de saponinas triterpénicas en muchas otras plantas, especialmente en las especies que producen caucho y gutapercha. Su esqueleto hidrocarbonado se denomina 5-a-oleano. AMO 1618: (cloruro de 2-isopropil-5-metil-4trimetilamonio) fenil-l-piperidinocarboxilato, retardante sintético del crecimiento de plantas. Inhibe el crecimiento de los brotes, por lo que se usa en plantas de vivero para hacerlas más tupidas. Es antagonista de la gibelerina e inhibe la biosíntesis de gibelerina A r

cf

AMO 1618

Amoníaco (Ammonia), NH3: gas incoloro de olor irritante. A presión normal, la temperatura de condensación es aproximadamente -40°C. Es muy soluble en agua fría, pero se extrae completamente por ebullición. La solución acuosa es débilmente básica por su capacidad para tomar protones, formando amonio: NH3 + H 2 0 NH+ + OH". El equilibrio de la reacción está desplazado hacia la izquierda, de forma que se puede separar el NH3 de los compuestos de amonio por bases. La toxicidad del NH 3 está relacionada con

la alta permeabilidad de la forma no protonada y su tendencia a protonarse. Distribución: El NH 3 es el producto final de la degradación de la materia orgánica que contiene nitrógeno, por lo que se encuentra en forma de sales de amonio en el suelo. La concentración de iones amonio en los fluidos corporales de los animales o en cualquier célula es relativamente baja, ya que se eliminan por reacciones de detoxificación (véase detoxificación del Amoníaco). En plantas y bacterias se asimila para la síntesis de compuestos nitrogenados. Metabolismo. El NH } es el producto de la reducción de los nitratos, de la fijación biológica del nitrógeno, de la desaminación de aminoácidos, y de varias rutas catabólicas, p.ej. la degradación oxidativa de purinas y la degradación reductora de pirimidinas. En este sentido, el NH 3 es el producto inorgánico final que contiene nitrógeno de la degradación de proteínas y ácidos nucleicos. Se integra en el «pool» de nitrógeno orgánico por diversas reacciones de asimilación primaria de nitrógeno y posteriormente se distribuye por reacciones de transferencia de grupos que contienen nitrógeno (véase Transferencia de grupos), en las que se usa NH 3 para la síntesis de sustancias corporales que contienen N. Las plantas, en particular, tienen un metabolismo del nitrógeno inorgánico bien desarrollado. Muchos microorganismos pueden crecer con sales amónicas como única fuente de nitrógeno. Las plantas verdes superiores tienen una capacidad limitada para tomar iones amonio del suelo y dependen en gran medida del nitrato, que se forma en el suelo por oxidación microbiana del amonio (nitrificación). En el citoplasma celular de la planta, el nitrato se reduce a amonio (véase reducción del Nitrato), que se asimila. El 49

Amoníaco, asimilación del

P. (véase fosfato de Carbamilo). El N-acetilglutamato es un efector alostérico positivo esencial para la fosfato de carbamilo sintetasa (EC 6.3.5.5.) que, en eucariotas, se localiza en el citoplasma. El fosfato de carbamilo proporciona el C-2 y el N-3 para la síntesis de pirimidinas y contribuye a la síntesis del grupo guanido de la arginina en plantas y bacterias. 3. El grupo amida de la glutamina se usa en la síntesis de purinas, proporcionando el N-3 y el N-9 del anillo de purina, y el grupo NH 2 -2 de la guanina. 4. En diversas síntesis, el nitrógeno procede directamente del grupo amida de la L-glutamina, p.ej. síntesis de histidina, conversión de corismato en antranilato (véase síntesis de Triptófano), síntesis de aminoazúcares, aminación de UTP a CTP. 5. En algunos organismos, el grupo amida de la glutamina se transfiere al aspartato por acción de la asparagina sintetasa, EC 6.3.5.4, que hidroliza glutamina: L-glutamina + L-aspartato + ATP L-glutamato + L-asparagina + AMP + PP.. En mitocondrias de hígado de mamíferos, el amoníaco se convierte directamente en fosfato de carbamilo: NH3 + HC0 3 " + 2 ATP fosfato de carbamilo + 2ADP + P.. El /V-acetilglutamato es un efector alostérico positivo esencial de la enzima, la fosfato de carbamilo sintetasa (amoníaco) (EC 6.3.4.16). Esta reacción introduce amoníaco en el ciclo de la urea, lo cual puede conducir o no a la síntesis neta de arginina, dependiendo de la capacidad del animal para sintetizar ornitina. La mayor parte de este nitrógeno amónico se excreta por tanto como urea,

fosfato de carbamilo y la glutamina se pueden considerar como «NH 3 activo», ya que la biosíntesis de muchos compuestos que contienen nitrógeno depende de ellos. Amoníaco, asimilación del (Ammonia assimilation): utilización del amoníaco en la síntesis neta de grupos que contienen nitrógeno de constituyentes celulares nitrogenados, p.ej. aminoácidos, amidas y compuestos carbamilo y guanido. La incorporación del amoníaco al grupo amida de la glutamina, catalizada por la glutamina sintetasa (EC 6.3.1.2), es de importancia central: L-glutamato + NH3 + ATP L-glutamina + ADP + P.. El nitrógeno de la amida de la L-glutamina se usa en varias síntesis. 1. L-glutamina + a-cetoglurato + 2H+ + 2e~ ^ 2 L-glutamato (glutamato sintasa). El glutamato interviene en la síntesis de otros aminoácidos por transaminación, de manera que una serie de reacciones acopladas resultan en la asimilación neta de amoníaco en grupos amino de aminoácidos (Fig.). El poder reductor para la glutamato sintasa bacteriana (EC 1.4.1.13) lo proporciona el NADPH, mientras que la glutamato sintasa de cloroplastos (EC 1.4.7.1) utiliza ferredoxina reducida. La glutamina sintetasa y la glutamato sintasa se encuentran en los cloroplastos, donde el ATP y la ferredoxina reducida proceden directamente de la reacción luminosa de la fotosíntesis. Los animales carecen de glutamato sintasa y no pueden llevar a cabo síntesis neta de grupos amino a partir de amoníaco. 2. L-Glutamina + HC0 3 + 2ATP + H 2 0 ^ fosfato de carbamilo + L-glutamato + 2 ADP +

NO3-

al NOI"

| ct-cetoácido

|glutamato J-^^^^-|~glutamato|

transaminación | aminoácido|-

glutamato sintasa

NH3|+ ATP

glutamina sintetasa

| glutamina"]

a-cetoglutarato

N2

ADP + p¡

2H++ 2e~ Figura. Asimilación del amoníaco en grupos amino de aminoácidos, a, nitrato reductasa, b, nitrito reductasa, c, nitrogenasa. 50

Amoníaco, detoxificacidn del

sin contribuir a la síntesis neta de grupos guanido. En plantas, hongos y bacterias, la A. a. en el grupo amino del glutamato también es posible por la glutamato deshidrogenasa NADPHdependiente (EC 1.4.1.3); la enzima es más eficaz cuando en el medio hay disponibles sales amónicas en concentraciones bastante altas. En muchos organismos su actividad es más baja que la de la glutamina sintetasa, que tiene también más baja la Km para el amoníaco. Así, el sistema glutamina sintetasa-glutamato sintasa es más eficaz, y más importante, especialmente cuando el amoníaco procede de la reducción del nitrato o de la fijación del nitrógeno. En algunos microorganismos, también se realiza A.a. en la síntesis de alanina, catalizada por la alanina deshidrogenasa (EC 1.4.1.1). La asparagina se utiliza normalmente por acción de la asparagina sintetasa (que forma ADP) (EC 6.3.1.4): L-aspartato + NH, + ATP t ; L-asparagina + ADP + P.. La asparagina, como su homóloga la glutamina, es importante en el almacenamiento y transporte de nitrógeno de amidas, y también un constituyente de proteínas. Metabólicamente es menos versátil que la glutamina y el nitrógeno de su amida no se puede transferir directamente en reacciones sintéticas. Amoníaco, detoxificación del (Ammonia detoxifícation): detoxificación del compuesto tóxico, no disociado, por formación de sales amónicas y de compuestos de excreción de nitrógeno. El amoníaco producido en el catabolismo de los animales se excreta directamente o se convierte en otros compuestos nitrogenados para excreción; no se reasimila. La excreción de amoníaco, amoniotelismo, está limitada a unos pocos organismos acuáticos; la mayor parte de los animales resuelven el catabolismo del amoníaco sintetizando productos de excreción de nitrógeno, como urea, ácido úrico, guanina (arañas) o alantoína (Díptera). Los animales que excretan urea se llaman ureotélicos y los que excretan ácido úrico, uricotélicos. La forma de excretar nitrógeno puede cambiar durante la ontogénesis: la larva de la rana (renacuajo) es amoniotélica pero la rana adulta es ureotélica. El ureotelismo se desarrolla durante la metamorfosis: se inducen las enzimas del ciclo de la urea que estaban reprimidas durante la fase larvaria. La forma de excreción de nitrógeno

también depende de condiciones ecológicas, pero hay un patrón de distribución característico de los phyla animales y en algunos casos es relativamente específico del taxón (Tabla I). Los ureotélicos y uricotélicos hacen uso de mecanismos bioquímicos preexistentes, muy antiguos, para la excreción de nitrógeno: la síntesis de urea en el ciclo de la urea se desarrolló primero para la síntesis y degradación de arginina; y la formación de ácido úrico, que representa la degradación oxidativa de las purinas, se adaptó para la excreción de nitrógeno, es decir, se han combinado las secuencias de reacción existentes en la síntesis de purinas y en la degradación oxidativa de purinas para formar un sistema de D.a. La forma particular de excretar nitrógeno de los organismos que usan la ruta de las purinas depende de la última etapa que realiza el organismo para su degradación. En uricotélicos, es el ácido úrico; en otros organismos, la degradación oxidativa de las purinas termina a diversos niveles porque en la evolución se han perdido varias enzimas, lo que implica el acortamiento de la cadena de reacciones (Tabla 2). Existe una notable correlación entre la forma de excreción de nitrógeno y la ruta por la que un animal desamina los aminoácidos que se producen por proteólisis: los ureotélicos forman amoníaco por transaminación a glutamato, seguido por acción de la glutamato deshidrogenasa, mientras que los uricotélicos realizan desaminación oxidativa por aminoácido oxidasas. A diferencia de los animales, las plantas no tienen en general mecanismos excretores, y como el nitrógeno es un factor limitante de su crecimiento, transforman el amoníaco en compuestos de nitrógeno que se pueden reutilizar, depositándolos en los órganos de almacenamiento; cuando se necesita, el amoníaco se libera de ellos y se reasimila completamente. Los compuestos de almacenamiento de nitrógeno son también formas de transporte de nitrógeno en la planta. Según la teoría de la D.a., las formas de excreción de nitrógeno y los compuestos de almacenamiento de nitrógeno estable tienen funciones análogas (Tabla 3) y se forman con la misma secuencia de reacciones en animales y plantas: la alantoína de las plantas corresponde al ácido úrico de los animales, citrulina y arginina a urea, etc. 51

Amoníaco, fijación del Tabla 1. Formas de detoxificación

de amoníaco y de excreción de nitrógeno

Excreción de nitrógeno

Tipo de excreción

Ruta sintética

Distribución

Amoníaco

Amoniotelia

Desaminación de aminoácidos

Óxido de trimetilamina Urea

Ureotelia

Ciclo de la urea

Pulpos, mejillones marinos, crustáceos, etc. Peces teleósteos marinos Anfibios, mamíferos, peces cartilaginosos marinos, peces pulmonados

Ácido úrico

Uricotelia

Guanina

Ciclo de la purina Síntesis y degradación de purina Síntesis y degradación de purina

Reptiles terrestres, aves, insectos excepto Diptera Arañas

Tabla 2. Productos finales de la degradación de purinas de los ácidos nucleicos en animales Producto

final

Enzima que se supone se ha perdido

Urea Alantoína

Alantoinasa, etc.

Acido úrico

Uricasa, etc.

Guanina Adenina

Guanasa, etc. Adenasa, etc.

Grupos de animales Peces, anfibios, moluscos Mamíferos (excepto primates), caracoles, dípteros Primates, aves, reptiles, insectos (excepto dípteros) Arañas Platelmintos, anélidos

Tabla 3. Paralelismo entre la excreción (animales) y el almacenamiento Compuesto de excreción de N Compuesto de almacenamiento Urea Urea

Urea L-Arginina

Urea

L-Citrulina

Ácido úrico Ácido úrico

Alantoína Ácido alantoico L-Glutamina L-Canavanina

Urea

Amoníaco, fijación del (Ammonia fixation): véase asimilación del Amoníaco. Amoniotélicos (Ammonoteles): véase detoxificación del Amoníaco. AMP: abrev. de 5'-Monofosfato de adenosina. Véase fosfatos de Adenosina. 52

(plantas) de nitrógeno

de N Distribución en plantas Cuesco de lobo (Gasteromycetales) Malaceae (manzanas), Saxifragaceae, etc. Abedules (Betulaceae) Nogales (Jungladaceae) Borraja (Boraginaceae) Arces (Aceraceae) Muchas plantas Legumbres

3'-5'-AMP: abrev. de 3 ' , 5 ' - M o n o f o s f a t o de adenosina cíclico. Véase fosfatos de Adenosina. Amplificación génica (Gene amplification): producción de copias e x t r a c r o m ó s o m i c a s de genes del R N A ribosómico. En células de huevos de rana, la A.g. conduce a la formación de nume-

Androstenolona

rosos nucléolos extracromosómicos. Es, por tanto, un mecanismo regulador especial para el RNA. No es lo mismo que la Redundancia (véase), que es la presencia de múltiples copias del mismo gen en el cromosoma. Anabasina (Anabasine): alcaloide de Nicotiana, aislado, principalmente en forma L, en las plantas Nicotiana glauca y la asiática Anabasis aphylla, en la que es el alcaloide principal. En otras especies de tabaco es sólo un alcaloide secundario. Mr 162,2. Sus efectos fisiológicos son similares a los de la nicotina y, como ella, se usa como insecticida. Para su biosíntesis, véase alcaloides de Nicotiana. Anabolismo (Anabolism): suma de las reacciones metabólicas sintéticas. Véase ciclo Metabòlico; Metabolismo. Anaplerótica, secuencia (Anaplerotic sequence): véase ciclo Metabòlico. Ancorina (Anchorin): véase Anquirina. Anderson, enfermedad de (Anderson's disease): véase enfermedad por almacenamiento de Glucógeno. Androcimbina (Androcymbin): véase alcaloides de Colchicum. Andrógenos (Androgens): grupo de hormonas de las gónadas masculinas que incluye la testosterona, androsterona y androstenolona, que se forman en las células intersticiales del tejido testicular, y varios A. menos activos que se producen en la corteza suprarrenal, p.ej., androstenodiona y andrenosterona (Fig. pág. 54). Son precursores de los Estrógenos (véase), y también se sintetizan en los ovarios y en la placenta fetal. Hasta el presente se han descubierto más de 30 A. naturales, todos relacionados estructuralmente con el esqueleto hidrocarbonado del androstano (véase Esteroides). Se encuentran en el esperma, sangre y orina, en este caso unidos, parte de ellos, a ácido glucurónico, ácido sulfúrico o proteínas. Su función biológica es inducir el desarrollo de los caracteres sexuales masculinos. También se necesitan para la maduración del esperma y para la actividad de las glándulas accesorias del tracto genital. A d e m á s de estos efectos sexuales específicos, estimulan procesos anabólicos, como síntesis de proteínas e incremento de la retención de nitrógeno (véase Esteroides anabólicos). La castración determina la desaparición de los caracteres sexuales secundarios, lo que se puede contrarrestar por administración de A. Esta es la

base del test de la cresta de capón, que se usa como análisis biológico de A. La administración de A. a un capón hace que crezca su cresta rudimentaria. Una unidad capón es la cantidad de andrógeno que produce un incremento de un 20% de la superficie de la cresta (p.ej., 15 mg de testosterona). En la actualidad se realizan pruebas clínicas por Inmunoanálisis (véase). Se obtienen A. de administración oral muy eficaces por modificación estructural, p.ej. metiltestosterona y mesterolona. Tienen uso terapéutico, especialmente para corregir los síntomas de deficiencia que siguen a la castración, hipogenitalismo, impotencia debida a pérdida de hormonas, climaterio, carcinoma de mama y alteraciones del sistema circulatorio periférico. Algunos análogos sintéticos de testosterona con un anillo 1,2-ciclopropano tienen e f e c t o s antiandrogénicos. La administración inadecuada de esteroides anabolizantes (p.ej. a los atletas) puede producir impotencia o esterilidad. Androisoxazol (Androisoxazole): véase Androstanazol. Androstanazol (Androstanazole): esteroide anabolizante sintético muy activo. Se usa, p.ej., en la terapia de la inflamación y tumores y en la convalecencia. El androisoxazol, de uso similar, se diferencia del A. por tenerun átomo de oxígeno en lugar del grupo NH. H

Androstanazol

Androstano (Androstane): véase Esteroides. Androstenodiona (Androstenedione): androst-4-eno-3,17-diona, andrógeno débil y producto i n t e r m e d i o en la b i o s í n t e s i s de testosterona (véase Andrógenos). Androstenolona (Androstenolone), deshidroepiandrosterona: 3(3-hidroxiandrost-5-en-17diona, a n d r ó g e n o menos potente que la testosterona, pero con efectos fisiológicos similares. Es un producto intermedio en la biosíntesis de testosterona en la corteza suprarrenal. Para su estructura y biosíntesis, véase Andrógenos. 53

Androstenolona TESTÍCULOS

CORTEZA SUPRARRENAL

Progesterona

Pregnenolona

| (véase Corticoesteroides suprarrenales)

17a-Hidroxilasa EC 1.14.99.9

17-H¡drox¡progesterona -NADPH+hT+Oj

C17,20-Liasa Acetato

17-Hidroxipregnenolona NADPH + H + +02v

A'-Androstenodiona NADH +

C 17,20 Liasa

H+

\

NADP*+ H,0

V 17p-Hidroxiesteroide

Acetato

deshidrogenasa EC1.1.1.51

\ NAD

+

Testostetona

Deshidroepiandrosterona ' - ' i ,, 3fi Hidroxi-A*-esteroide / NAO'' deshidrogenasa EC 1.1.1.145 ( y á , slsomerasaEC 5.3.3.1 ^ N A D H + H* I Testosterona ó

Tiempo

Cinética de crecimiento y producción bióticos.

de anti-

Antibióticos de transporte (Transport antibiotics): véase Difusión facilitada. Antibióticos nucleosídicos (Nucleoside antibiotics): nucleósidos de purina o pirimidina con actividad antibiótica. Actúan como antimetabolites de los sustratos naturales, e inhiben el crecimiento de microorganismos al bloquear el metabolismo de purinas, p i r i m i d i n a s y proteínas. Contienen una base análoga (p.ej. showdomicina), un azúcar análogo (p.ej. gougerotina), o las dos fracciones están modificadas (p.ej. puromicina) (véase Tabla). Los componentes análogos se forman por modificación de los metabolitos primarios. Los azúcares o sus derivados, como cordiceposa, psicosa, angustosa y glucuronamida, derivan de D-glucosa o D-ribosa por diversas reacciones, p.ej. epimerización, isomerización, oxidación, reducción y descarboxilación. Con frecuencia se encuentran grupos metilo, que aparecen por transmetilación. Un nucleósido normal puede convertirse en A.n. sin escisión previa del enlace íV-glucosídico, como en la síntesis de tubercidina; o bien la base libre se combina con el azúcar análogo, como en la síntesis de psicofuranina. Algunos contienen aminoácidos no comunes, p.ej., la amicetina contiene a-metil-D-serina; otros contienen enlaces inusuales, como el enlace aza de la 5-azacitidina, o grupos funcionales raros, como el grupo CN de la toyocamicina. Organismos no relacionados taxonómicamente pueden sintetizar el mismo A.n., p.ej., la cordicepina de Cordyceps y Aspergillus, y un organismo puede producir varios A.n., p.ej. la

NH2

vy

m'

.7

li

R

H0CHJ,0. R=

M IH HV I/ri H

ICH r\I

R=

V

yc CH,0H

Decoyinina

OH OH

OH

HOCH^CX, R=

Cordicepina

H; 1/r.H.riH

OH OH

C^-0 Psicofuranina (Angustmicina C)

oO

AngustmicinaA

OH OH

Figura 1. Estructuras de la cordicepina, psicofuranina, decoyinina _y angustimicina 58

A.

Antibióticos nucleosídicos Antibióticos nucleosídicos. Análogos de nucleósidos de acción, véanse las voces correspondientes.

naturales con actividad antibiótico.

Para su modo

Base

Azúcar

Antimetabolito

sp.

Adenina

3-Acetamido3-desoxirribosa

Adenosina

Amicetina A

Streptomyces fasciculatus, Streptomyces vinaceus-drappus

Citosina

Amicetosa

Citidina

Amicetina B (Plicacetina)

Streptomyces

plicatus

Citosina

Amicetosa

Citidina

3'-Amino-3'desoxiadenosina

Cordyceps militaris, Helminthosporium sp.

Adenina

3-Amino-3deoxiribosa

Adenosina

Angustmicina A (Decoyinina)

Streptomyces hygroscopicus

Adenina

L-2-Cetofucopiranosa

Adenosina, guanosina

Angustmicina C (Psicofuranina)

Streptomyces hygroscopicus

Adenina

Psicosa (Psicofuranosa)

Adenosina, guanosina

Arabinofurano siladenina

Streptomyces antibioticus

Adenina

Arabinofuranosa

Adenosina

5-Azacitidina

Streptoverticillius lakadamus

Azacitosina

Ribosa

Citidina

Antibiótico

Producido

por

3'Acetoamido3'-desoxiadenosina

Helminthosporium

Bamicetina

Streptomyces

plicatus

Citosina

Amicetosa

Citidina

Blasticidina S

Streptomyces chromogenes

griseo-

Citosina

Acido 4-desoxi4-amino-2,3hexenurónico

Citidina, Acil-tRNA

Cordicepina

Cordyceps Aspergillus

militaris, nidulans

Adenina

Cordiceposa (3-desoxirribosa)

Adenosina

Formicina

Nocardia

Formicina B

7-Aminopira- Ribosa zolopirimidina

Adenosina

Nocardia interforma, Streptomyces lavendulae, Streptomyces roseochromogenes

7-Hidroxipirazolopirimidina

Ribosa

Adenosina

Gougerotina

Streptomyces

Citosina

4-Didesoxiglucopiranuronamida

Citidina, Acil-tRNA

Nebularina

Agricus nebularis, ces sp.

Purina

Ribosa

Adenosina

Nucleocidina

Streptomyces

calvus

Adenina

Hexosa de estructura desconocida

Adenosina

Puromicina

Streptomyces niger

albo-

Dimetilaminopurina

3-Amino-3desoxirribosa

Acil-tRNA

Sangivamicina

Streptomyces

4-Amino-5carboxamida -7-pirrolopirimidina

Ribosa

Adenosina

Showdomicina

Streptomyces showdoensis

Maleimida

Ribosa

Uridina

Toyocamicina

Streptomyces toyocaensis, Streptomyces rimosus

4-Amino-5Ribosa ciano-7-pirrolopirimidina

Adenosina

Tubercidina

Streptomyces cidicus

4-Amino-7Ribosa pirrolopirimidina

Adenosina

interforma

gougeroti (Clitocybe) Streptomy-

sp.

tuber-

de

59

Antibióticos peptídicos

psicofuranina y la decoyinina de hygroscopicus.

Streptomyces

R= H

Tubercidina

R = c=N

Toyocamicina

R = CO—NH2 Sangivamicina OH OH

Figura 2. Estructuras de la tubercidina, toyocamicina y sangivamicina. Antibióticos peptídicos (Peptide antibiotics): oligopéptidos con actividad antibiótica, generalmente cíclicos. Además de L-aminoácidos, contienen con frecuencia D-aminoácidos no proteogénicos y aminoácidos inusuales, y otros c o m p o n e n t e s c o m o ácidos grasos hidroxi ramificados. Las estructuras cíclicas se cierran por enlaces amida o (en los antibióticos depsipeptídicos) éster. Por sus estructuras anulares y su alto contenido de constituyentes no proteogénicos son muy resistentes a la proteólisis. La mayoría son relativamente tóxicos, y sólo unos pocos tienen uso clínico (los más notables, las Penicilinas, véase), concretamente para el tratamiento de infecciones de bacterias Gramnegativas (Proteus, Pseudomonas). La mayoría de los A.p. conocidos son de origen bacteriano; unos pocos son producidos por Streptomyces u hongos inferiores. Su acción antibiótica se ejerce en distintas áreas del metabolismo, p.ej. biosíntesis de la pared celular, de proteínas o de ácidos nucleicos, metabolismo energético o captación de nutrientes. Su biosíntesis no se realiza por medio de ribosomas y mRNA (véase Gramicidinas). Son A.p. importantes las Penicilinas, Gramicidinas, Bacitracinas, Tirocidinas, Polimixinas y Actinomicinas (véanse). A n t i b i ó t i c o s p i r i m i d í n i c o s (Pyridine antibiotics): derivados de piridina, por modificación estructural, con actividad antibiótica. Comprenden nucleósidos (véase Antibióticos nucleosídicos), polipéptidos (p.ej. albomicina y griseína), o bases libres (p.ej. bacimetrina). La Toxoflavina y la Fervenulina (véanse) se biosintetizan a partir de purinas. 60

Antibióticos purínicos (Purine antibiotics): derivados de purina con actividad antibiótica. Comprenden nucleósidos (véase Antibióticos nucleosídicos), polipéptidos (véase Viomicina), o bases libres (véase 8-Azaguanidina). Anticitocininas (Anticytokinins): antagonistas de las citocininas que anulan parcialmente los efectos fisiológicos de las hormonas. Un inhibidor sintético de la cinetina es la 6metilpurina. Anticodón (Anticodon): secuencia de tres nucleótidos de un bucle de la molécula de tRNA, que reconoce los nucleótidos del codón del RNA mensajero por apareamiento de bases por puentes de hidrógeno, asegurando así que a la secuencia polipeptídica se afiada el aminoácido correcto. Véase hipótesis del Balanceo, RNA transferente. Anticuerpos (Antibodies): véase Immunoglobulinas. Anticuerpos monoclonales (Monoclonal antibodies): véase Inmunoglobulinas. Antidepresivos (Antidepressants): drogas con acción estimulante y antidepresiva. Disminuyen la fatiga, el apetito y el tiempo de sueño como resultado de la reducción de la a c t i v i d a d autónoma, e s p e c i a l m e n t e de los s i s t e m a s colinérgicos y de la activación del sistema simpático central. Todos son aminas e inhibidores de la monoamino oxidasa (EC 1.4.3.4), actuando, presumiblemente, como análogos de los sustratos naturales de la enzima; la inhibición de la monoamino oxidasa retrasa o previene la destrucción de las catecolaminas naturales (adrenalina, dopamina, noradrenalina), por lo que persisten a elevadas concentraciones y producen estimulación. Son ejemplos, anfetamina ((3fenilisopropilamina), efedrina, harmina, etc. El primer A. fue la iproniazida (/V-isonicotinil-Wisopropilhidrazida), cuyas propiedades euforizantes se descubrieron durante las primeras pruebas de este c o m p u e s t o c o m o f á r m a c o antituberculoso. Se usan para el tratamiento de la depresión mental; también se han utilizado como sustancias dopantes en carreras de caballos y de atletas. Pueden crear adicción, especialmente la anfetamina. Antidermatitis, factor (Anti-beri-berifactor), vitamina Br- véase Vitaminas. Antidiurética, hormona (Antidiuretic hormone): véase Vasopresina. Antienzimas (Antienzymes): polipéptidos o proteínas que inhiben enzimas, incluyendo los

Antígenos tumorales

anticuerpos que se forman en la sangre en respuesta a proteínas enzimáticas antigénicas o a coenzimas. Incluyen los muchos inhibidores de proteasas de animales y plantas (véase Proteínas tóxicas), como el inhibidor de la tripsina de soja y la antitripsina del suero, que forman complejos difícilmente disociables con las correspondientes enzimas. La inducción de A. de anticuerpos, por inyección de una solución que contiene la enzima, es muy importante en la purificación y caracterización de enzimas. La inyección de la enzima completa induce la formación de anticuerpos contra la apoenzima determinante de la especificidad, pero la inyección de una coenzima antigénica aumenta los anticuerpos contra la coenzima, inactivando todas las enzimas que la contienen. Antiescorbútica, vitamina (Antiscorbutic vitamin), vitamin C: véase Vitaminas. Antiesterilidad, factor (Antiesterility factor), vitamina E: véase Vitaminas. Antígeno-anticuerpo, reacción (Antigenantibody reaction), abrev. AAR: junto con la fagocitosis, el mecanismo más importante del organismo animal contra la invasión de sustancias extrañas. La AAR es la formación específica de un complejo insoluble antígeno- anticuerpo. Los antígenos solubles precipitan, y las células que llevan el antígeno en su superficie aglutinan. Tiene importancia diagnóstica porque su especificidad y sensibilidad (en el rango de picogramos) es muy alta, incluso in vitro. Las uniones entre el antígeno y el anticuerpo son casi exclusivamente no covalentes, es decir, enlaces iónicos, hidrofóbicos, o puentes de hidrógeno entre grupos amino, carboxilo, hidroxilo, y alifáticos. Véase Inmunoglobulinas. Antígenos (Antigens): sustancias que inducen una respuesta inmune. Generalmente son ajenos al organismo y pueden ser macromoléculas naturales o sintéticas, especialmente proteínas y polisacáridos (M. > 2.000) o estructuras superficiales de partículas extrañas fagocitables. Un A. consta de un transportador de alta M y, generalmente, de varios grupos de baja Mx responsables de la especificidad de la respuesta inmune y de la reacción de los A. con las correspondientes inmunoglobulinas. Estos grupos pequeños, llamados determinantes antigénicos o haptenos, están situados en la superficie de la molécula y determinan la valencia del A. Casi todos los A. son polivalentes y por tanto inducen

más de una clase de anticuerpos. Los grupos determinantes más grandes se encuentran en los A. proteicos y pueden tener hasta 30 aminoácidos. Los determinantes polisacáridos simples tienen 2 a 6 ó 7 residuos de azúcar. Gran parte de los trabajos estructurales sobre inmunoglobulinas de ratón se han realizado con anticuerpos para los haptenos artificiales fosforilcolina (PC) y pazofenilarsonato (Ars), unidos a diversas proteínas. Los determinantes en los A. proteicos pueden ser conformacionales o secuenciales; los primeros se destruyen al desnaturalizar la proteína. Antígenos de histocompatibilidad (Histocompatibility antigens): véase complejo principal de Histocompatibilidad. Antígenos de transplante (Transplantation antigens), antígenos de histocompatibilidad: antígenos de superficie de las células nucleadas, especialmente de los leucocitos y, en menor extensión, los trombocitos. Cuando no hay correspondencia entre los A.t. del donante y los del receptor se produce el rechazo del transplante. Para asegurar una compatibilidad óptima entre el donante y el receptor se deben realizar tests de compatibilidad de los A.t. de ambos. Antígenos tumorales (Tumor antigens): antígenos carcinoembriónicos que sirven para la detección temprana del carcinoma de hígado y de teratoblastomas (tumores de las células reproductoras, especialmente en testículos y ovarios). Son proteínas plasmáticas embrionarias producidas durante el embarazo en la placenta y en algunos órganos del embrión, pero no se detectan poco después del nacimiento. Posteriormente, se forman de nuevo en respuesta a tumores malignos. En el diagnóstico clínico de tumores son importantes tres: la a-fetoproteína (Mr 65.000), el antígeno de colon embrionogénico (ECA), y la isoenzima de Regan de la placenta. La aparición de a-fetoproteína en el suero es una indicación definitiva de carcinoma de hígado o de teratoblastoma. Las alteraciones benignas del hígado no producen aumento de A.t. Su determinación permite la detección temprana del 60-80% de los casos de carcinoma de hígado y del 20-25% (80-90% en pacientes jóvenes) de los casos de teratoblastoma; por análisis radioinmunológicos se pueden detectar 2 ng de a-fetoproteína por mi de suero. La isoenzima de Regan de la fosfatasa alcalina placentaria aumenta 61

Antigiberelinas

especialmente en casos de tumores malignos del tracto genital femenino. Antigiberelinas (Antigibberellins): véase antagonistas de Giberelinas. Antihemofílico, factor (Antihemophilic factor), factor VIII: (32-glicoproteína oligomérica (6% de glícido) que activa el factor X en el proceso de coagulación sanguínea, consumiéndose completamente. Se estabiliza con iones de calcio, pero se inactiva cuando la sangre se almacena. Mr 1,12 x 106 (humano), l,2xlO r ' (bovino). Está formado por subunidades unidas covalentemente. Se han aislado clones de DNA que codifican la secuencia completa de los 2.351 aminoácidos las subunidades del F.a. humano. La proteína recombinante (A/ 267.039) disminuye el tiempo de coagulación del plasma hemofílico y es bioquímica e inmunológicamente similar al F.a. obtenido del suero. Tiene similitudes estructurales con el factor V y la ceruloplasmina. [J. Gitschier et al., Nature 312 (1984) 326-330; W.I. Wood et al., Nature 312 (1984) 330-337); G.A. Vehar et al., Nature 312 (1984) 337-342; J.J. Toole et al., Nature 312 (1984) 342-347], Antihemorrágica, vitamina (Antihemorrhagic vitamin): véase Vitaminas. Antilinfocítico, suero (Antilymphocyte serum), abrev. ALS: suero inmune con efecto opsonizante (véase Opsonización) y citotóxico sobre linfocitos. Se usaba para la supresión del sistema inmune antes de disponer de Anticuerpos monoclonales (véase) para clases específicas de linfocitos; se inyectaban linfocitos humanos, de la sangre, el timo, bazo o conducto torácico, en distintas especies de animales, para producir anticuerpos; para prevenir efectos colaterales, se purificaba el S.a. y se administraba principalmente como globulina antilinfocítica, abrev. ALG. El tratamiento con ALG afecta principalmente a la inmunidad celular, especialmente la que proporcionan los linfocitos circulantes de vida larga. Antimetabolite (Antimetabolite): compuesto estructuralmente similar a un metabolito que puede ocupar sus lugares de unión a la enzima, inhibiéndola, o sustituirlo en una reacción, pudiendo llegar a incorporarse a los componentes celulares. Ambos efectos producen perturbaciones metabólicas o inhibición de la división celular. Muchos A. tienen uso terapéutico, p.ej. se usan análogos de purinas y pirimidinas y antagonistas del ácido fólico como agentes carcinostáticos. 62

Antineurítica, vitamina (Antineuritic vitamin), vitamina véase Vitaminas. Antipapaína (Antipain): véase inhibidores de Péptidos. Antiparalelo, ordenamiento (Strand polarity): véase Polaridad de la hebra. Anti-pelo cano, factor (Anti-gray-hairfactor): miembro del complejo B2, véase Vitaminas. Antipirimidinas (Antipyrimidines): véase análogos de Pirimidinas. Antipirina (Antipyrine): 1,2 dihidro-1,5dimetil-2-fenil-3H-pirazol-3-ona, una base débil, pKa 1,4. Administrado oralmente, se absorbe rápidamente y en 2 horas se distribuye por todo el organismo. Se sintetizó por primera vez en 1884, usándose como antipirético y más tarde como analgésico hasta la década de 1930, cuando fue sustituido por nuevos analgésicos. Antipurinas (Antipurines): véase análogos de Purinas. Antirraquítica, vitamina (Antirachitis vitamin), vitamin D: véase Vitaminas. Antisuero (Antiserum), suero inmune: suero de un animal (o de un ser humano) que ha sido inmunizado contra un antígeno. Puede ser monovalente o polivalente, es decir, contener anticuerpos específicos para uno o varios determinante(s) antigénico(s), dependiendo de si el animal fue inmunizado con un antígeno purificado o con una mezcla de antígenos. Además de los anticuerpos, el A. contiene todas las demás proteínas séricas, que se pueden separar por cromatografía de intercambio iónico o de inmunoadsorción. Antitumorales, enzimas (Antitumor enzymes): enzimas, que no pueden ser sintetizadas por células tumorales, que estimulan la degradación irreversible de aminoácidos o la inhibición de DNA específico del tumor, deteniendo el crecimiento del mismo. Incluyen: asparaginasa (EC 3.5.1.1) y glutaminasa (EC 3.5.1.2) (ambas eficaces contra la leucemia), leucina deshidrogenasa (EC 1.4.1.9), isoenzima A de la glutaminasa, arginasa (EC 3.5.3.1), fenilamonio liasa, ureasa (EC 3.5.1.5), glutamilo hidrolasa (EC 3.4.22.12) (rompe conjugados de ácido fólico) y ascorbato oxidasa (EC 1.10.3.3) (inhibe el crecimiento y la síntesis de DNA de células tumorales). A excepción de la ureasa, sólo se usan E.a. de origen microbiano, que están disponibles en grandes cantidades. Se han uti-

Antocianinas lizado con éxito para el tratamiento de ciertas formas de leucemia. Antitumorales, proteínas (Antitumor proteins): antibióticos proteínicos, aislados en filtrados de cultivos de diversas cepas de Streptomyces, que inhiben el crecimiento tumoral. La P.a. más estudiada, la neocarcinostatina, es una proteína àcida de una cadena (Ai 10.700, 109 aminoácidos, sin histidina ni metionina; estructura primaria determinada en 1972), con actividad antibiótica típica contra bacterias Gram-positivas, como Sorcina lutea y Staphylococcus aureus. Es también muy eficaz contra tumores experimentales y parece especialmente adecuada para el tratamiento de tumores de recto, estómago, vesícula biliar y pene. El efecto principal de las P.a. es impedir la mitosis, inhibiendo la síntesis de DNA y acelerando la degradación del DNA existente. El conocimiento de la estructura primaria de las P.a. permite la síntesis química de aquellas que son muy eficaces contra tumores. Por ejemplo, la reacción de neocarcinostatina con isotiocianato de fluoresceína reduce considerablemente su toxicidad sin afectar a su alta actividad antitumoral. Las fitotoxinas abrina y ricina deben ser clasificadas también como P.a., porque impiden el crecimiento de ciertas células tumorales inhibiendo la síntesis de proteínas. Antivitaminas (Antivitamins): antimetabolitos de las vitaminas que inhiben el crecimiento de microorganismos dependientes de vitaminas y que, en animales, causan síntomas de deficiencia vitamínica. Antocianidinas (Anthocyanidins): véase Antocianinas. Antocianinas (Anthocyanins): pigmentos flavonoides vegetales, ampliamente distribuidos, responsables de los colores rojo, violeta, azul o negro de los capullos, hojas y frutos de plantas superiores. La variedad de colores se debe a la presencia de A. solas o combinadas con otros pigmentos, generalmente otros flavonoides (copigmentación). Son los glicósidos solubles en agua de sales de 2-fenilbenzopirilio hidroxilado; por tratamiento ácido o enzimàtico se escinden

en el glícido y la aglicona (antocianidina), insoluble en agua e inestable. La glicosilación con glucosa, galactosa, ramnosa o arabinosa, o diversos oligosacáridos, en uno o los dos lugares indicados, origina A. solubles en agua. Antocianidinas R, = H, R 2 = OH, R 3 = OH: Cianidina (azul) (flores del maíz) Rj = H, R 2 = OH, R 3 = H: Pelargonidina (rojo) (geranios) R, = OH, R 2 = OH, R, = OCH3: Peonidina (rojo) (peonías) R, = OH, R 2 = OH, R 3 = OCH 3 : Petunidina (rojo) (petunias) R, = OCH3, R 2 = OH, R 3 = OCH 3 ; Malvidina (azul) (malva) R, = OH, R 2 = OH, R 3 = OH: Delfinidina (azul) (Delphinium) La estructura básica de las A. es el catión flavilio de C|5. El anillo B y los átomos C-2, -3 y -4 de esta estructura se sintetizan biológicamente, como otros flavonoides, a partir de una unidad C,-C_. El anillo A deriva de una unidad de C,6 o 5 formada a partir de 3 moléculas de acetato (véase Estilbenos). Las A. se diferencian en el número y posición de los grupos hidroxilo, que se pueden reemplazar por grupos metoxi o esterificarse, p.ej., con ácidop-cumárico o ferúlico. La mayoría están hidroxiladas en las posiciones 3, 5 y 7. Las que pierden el grupo hidroxilo en 3, p.ej. la 3-desoxipelargonidina,3-desoxicianidina o 3-desoxidelfinidina son menos comunes. Los tres tipos básicos, pelargonidina (4'-hidroxi), cianidina (3',4'-dihidroxi) y delfinidina (3',4',5'-trihidroxi), se forman por adición de más grupos hidroxilo al anillo B ; por su cantidad y distribución, los glicósidos de estos compuestos son los representantes más importantes de esta clase de pigmentos. La fracción glicídica de la A. está unida generalmente por enlace P-glicosídico al C 3 , más raramente al C5, o, en los diglicósidos, a ambos. Los residuos de glícidos más comunes son los monosacáridos glucosa, galactosa y ramnosa. La xilosa y la arabinosa son menos comunes, y los di y trisacáridos son raros. Los últimos se llaman biósidos o triósidos. Hay más de 2 0 tipos conocidos de A., diferenciándose entre sí por el número, clase y posición de sus residuos de glícidos. Se han aislado y caracterizado estructuralmente más de 100 A. naturales. 63

Antraquinonas

Son anfóteras; sus sales con ácidos son rojas, a pH neutro forman pseudobases incoloras y en el intervalo alcalino, forman bases anhidras inestables de color violeta. Se disuelven en el citoplasma y se excretan a la vacuola. Tienen absorción máxima en el rango 475-550 nm y alrededor de 275 nm. R. Willstatter, R. Robinson y P. Karrer han investigado las A. intensivamente. Antraquinonas (Anthraquinones): derivados de antraquinona (9,10-antracenodiona), de color amarillo, naranja, rojo, rojo-marrón o violeta, el mayor grupo de quinonas naturales. Con unas pocas excepciones, p.ej. la 2-metilantraquinona, todas las A. naturales están hidroxiladas. Otros sustituyentes comunes son grupos metilo, hidroximetilo, metoxilo, formilo, carboxilo, cadenas largas de alquilo y grupos bencilo. Algunas son diméricas. De las más de 170 A. naturales conocidas, que se encuentran en forma libre o como glicósidos, más de la mitad se encuentran en hongos inferiores, especialmente en especies de Penicillium y Aspergillus, y en liqúenes. Las demás se encuentran en plantas superiores, y, en casos aislados, en insectos. Son especialmente ricas en A. las Rubiaceae, Rhamnaceae, Leguminosae, Polygonaceae, Bignoniaceae, Verbeniaceae y Liliaceae. Las A. de insectos mejor conocidas son los ácidos carmínico, quermésico y lacaico. Las vegetales más importantes son emodina, alizarina, reina, purpurina, y morindona. En hongos se encuentran helmintosporina, escirina y julicromo. Tienen contenidos especialmente altos de A., las raíces de la rubia (Rubia tinctorum), la corteza de Coposma australis y el micelio de Helminthosporin gramineum. Por sus propiedades laxantes se usan en preparaciones farmacéuticas, como Radix Rhei, Cortex Frangulae, Fructus y Folia Sennae. Unas pocas A., como el ácido carmínico y la alizarina, se usan todavía como colorantes, o II

II o Antraquinona Apigenina (Apigenin): véase Flavonas (Tabla). 64

Apiína (Apiin): véase Flavonas (Tabla). D-Apiosa (D-Apiose): monosacárido con una cadena carbonada ramificada, Mx 150,13, [a]'D9 +9° (jarabe puro). Se encuentra en varios glicósidos y como componente de diversos polisacáridos; se biosintetiza a partir de ácido Dglucurónico. Apirimidínicos, ácidos (Apyrimidine acids): ácidos nucleicos de los que se han eliminado las pirimidinas por tratamiento químico como exposición a hidracina. Apoenzima (Apoenzyme): véase Coenzima. Apoproteína (Apoprotein): componente proteico de una proteína conjugada. Aporrepresor (Aporepressor): véase represión Enzimàtica. APP: abrev. de Pirofosfato de aneurina; véase pirofosfato de Tiamina. Aprendizaje (Learning): véase Memoria. APS: abrev. de 5'-Fosfosulfato de adenosina (véase asimilación del Sulfato). APS reductasa (APS reducíase): véase Sulfato de adenilo reductasa. APUD, sistema (APUD system): véase sistema descarboxilasa asimilador de precursores de Aminas. Apurínicos, ácidos (Apurine acids): polinucleótidos que han sido objeto de acortamiento por tratamiento con ácidos suaves que eliminan las purinas, dejando los fosfatos, las pentosas y las pirimidinas. Arabanos (Arabans): polisacáridos ramificados de M alta, compuestos de L-arabinosa en forma furanosa unida con enlaces 1,5 y 1,3 (véase Glícidos). Se encuentran ampliamente distribuidos en las plantas como componentes de hemicelulosas. 1-P-D-Arabinofuranosiladenina (1-p-DArabinofuranosyladenine): véase Arabinósidos. l-P-D-Arabinofuranosilcitosina(l-P-D-Arabinofuranosylcytosine): véase Arabi-nósidos. 1-P-D-Arabinofuranosiltimina (1-p-D-Arabinofuranosylthymine): véase Arabinósidos. l-P-D-Arabinofuranosiluracilo (1-P-DArabinofuranosyluracil): véase Arabinósidos. Arabinosa (Arabinose): pentosa que se encuentra en la naturaleza en las formas D- y L-. Mt 150,13. La formaP de la L-A., p.f. 160°C [a]*' +190° +105° (agua) es componente de hemicelulosas, p.ej. el arabano de la resina de cerezo, y se encuentra en mucílagos, glicósidos y sapononinas vegetales.

Araquidónico, ácido

La forma P de la D-A., p.f. 160°C, [a]™ -175° -105,5° (agua), se ha aislado en bacterias y es componente de glicósidos. CHO

I I H—C—OH I H—C—OH I

HO—C— H

CH20H

D-Arabinosa

CHO

H- < U OH I I HO—C—H C I HO—C—H

CH20H

L-Arabinosa

Arabinósidos (Arabinosides), arabinonucleósidos: análogos estructurales de ribonucleótidos en los que el azúcar es arabinofuranosa en vez de ribofuranosa. La 1-p-D-arabinofuranosilcitosina (arabinósido de citosina) inhibe la reducción del difosfato de citidina al correspondiente desoxinucleósido durante la síntesis de DNA. Se desamina rápidamente al correspondiente derivado de uracilo. Se han encontrado 1-P-D-arabinofuranosiluracilo (espongouridina) y 1-P-D-arabinofuranosiltiamina (espongotimidina) en diversas esponjas, como análogos naturales de pirimidinas, por lo que se denominan también espongonucleósidos. Las bases púricas también son componentes de los A., p.ej. la 1-P-D- y la 9-p-D-arabinofuranosiladenina (Ara-A) y la 9-[(2-hidroxietoxi) metil]guanina (Aciclovir). Una timidina quinasa vírica fosforila a todos ellos, formando ésteres trifosfato que inhiben la DNA polimerasa viral, por lo que son interesantes como agentes antivirales, aunque, desgraciadamente, son desaminados rápidamente por la adenina desaminasa. La esterificación de los hidroxilos de los azúcares hace que atraviesen más fácilmente la membrana celular, lo que aumenta su eficacia. Se están desarrollando A. sintéticos como agentes antivirales; el compuesto 2'-fluoro5-iodoarabinosilcitosina es potente contra el virus del herpes en ratón y se está probando en el hombre. [T.H. Maugh II, «ACS Highlights» Science 220 (1983) 292-293], Araquídico, ácido (Arachidic acid): ácido icosanoico CH3-(CH2)]g-COOH, un ácido graso, Mr 312,5, p.f. 75,3°C, p.e. 205°C. Es muy abundante como componente de glicéridos, pero generalmente sólo a bajas concentraciones. En el aceite de girasol, aceite de soja, grasa de la leche

Estructura conocidos

de los arabinósidos

pirimidínicos

Arabinósido

R5

R6

1-P-D-Arabinofuranosilcitosina 1 -P-D-Arabinofuranosiluracilo 1-P-D-Arabinofuranosiltimina

NH 2 H OH

H OH CH,

y aceite de cacahuete, representa aproximadamente un 3% de los ácidos grasos. Araquidónico, ácido (Arachidonic acid): ácido todo-c¿j-5,8,l 1,14-eicosatetraenoico, precursor de varios grupos de sustancias reguladoras: Prostaglandinas, Tromboxanos, Leucotrienos (véanse), y ácidos eicosatrienoico oxidado y eicosatetraenoico. Procede de la dieta o del ácido linoleico por desaturación y elongación de la cadena. Se incorpora a fosfolípidos de membrana, especialmente a los fosfatidilnositoles (véase fosfatos de Inositol); cuando se libera de ellos por la fosfolipasa A2, es susceptible de oxidación por varias enzimas. Dado que los fosfatidilinositoles se escinden en respuesta a la unión de las hormonas a sus receptores (véase Segundo mensajero), el A.a. y sus metabolitos amplifican las señales hormonales y las «retransmiten» a los tejidos circundantes. Es el sustrato de dos tipos de enzimas, las lipooxigenasas y la ciclo-oxigenasa. Las lipooxigenasas específicas para las posiciones 15 ó 12 producen los ácidos 15- ó 12-hidroxiperoxieicosatetranoico (HPETE), que se metabolizan después a ácidos hidroxieicosatetraenoicos (HETE); ambos son farmacológicamente activos, inhibiendo la producción de leucotrienos. La introducción, por una tercera lipo-oxigenasa, de un grupo hidroxiperoxi en la posición 5 produce 5-HPETE, precursor de los Leucotrienos (véase). La ciclo-oxigenasa forma endoperóxidos que, 65

Araquina

por adición de un oxígeno en la posición 15, se transforman en Prostaglandinas (véase). Por último, el endoperóxido PGH 2 es precursor de los Tromboxanos (véase). [S. Moneada and J.R. Vane, Pharmacol. Rev. 30 (1979) 293-331], Araquina (Arachin): proteína de cacahuete, Mr 34.000, compuesta por 6 subunidades, cada una con dos cadenas polipetídicas de igual tamaño unidas covalentemente. Es muy similar a la edestina. Arcaína (Arcain): 1,4-diguanidobutano, H 2 NC(=NH)-NH-(CH 2 ) 4 -NH-C(=NH)-NH 2 , derivado de guanidina fuertemente básico aislado por primera vez en un molusco (Arca noae), pero también presente en hongos superiores, p.ej. Panus tigrinus. Se biosintetiza a partir de putresceína vía agmatina. El proceso consiste en dos transaminaciones a partir de L-arginina. Reduce el nivel de azúcar sanguíneo. Areca, alcaloides de (Areca alkaloids): alcaloides piridínicos en los que el anillo de piridina está parcialmente hidratado (Fig.). Se obtienen de las semillas de la palmera de betel (Areca catechu); en la planta están unidos a taninos. El principal es la arecolina. Probablemente derivan del ácido nicotínico o sus precursores, pero se desconoce la ruta biosintética exacta. Su importancia en medicina y veterinaria ha disminuido mucho, pero se sigue usando betel como estimulante suave. Las nueces de betel se m a s t i c a n j u n t o con lima (para liberar los alcaloides) y hojas de pimienta de betel (Piper betle). Esta práctica es común, por lo menos desde hace 2.000 años, en el Este de África, India y Oceanía. Se estima que el número de usuarios de nueces de betel, reconocibles por el color rojo de su dentadura, es alrededor de 200 millones.

R,= H r 2 = CH 3

R, = H

R, = CH}

Guvacina Guavacolina

Arecaidina Arecolina

Alcaloides de areca Arecaidina (Arecaidine): véase Arecolina. 66

Arecolina (Arecoline): éster metílico del ácido l,2,5,6-tetrahidro-l-metil-3-piridincarboxílico, el más importante de los alcaloides de areca. M 155,19 p.e. 209°C. Es el éster metílico del alcaloide arecaidina (M. 141,19, p.f. 232°C) y responsable del efecto farmacológico de las nueces de betel. Es parasimpaticomimético, pero debido a su alta toxicidad, sólo se usa en medicina veterinaria. Arginasa (Arginase) (EC 3.,5.3.1): enzima hepática, muy activa y específica, que cataliza la última reacción del ciclo de la urea (L-arginina + H 2 0—»L-ornitina + urea) en los a n i m a l e s ureotélicos. En los terrestres como mamíferos, ranas y tortugas de pantanos, se encuentra casi exclusivamente en el hígado, con trazas en el páncreas, glándulas mamarias, testículos y ríñones, mientras que en peces cartilaginosos ureotélicos (tiburones y rayas), no está limitada al hígado. En estos animales genera una alta concentración de urea en sangre (2-2,5%), necesaria para mantener la presión osmótica. Cuando la dieta es rica en proteínas, está presente en grandes cantidades, y en cantidades inferiores a la normal en pacientes con carcinoma de hígado. Es una molécula tetramérica (M t 118.000) con cuatro iones de Mn 2+ . La eliminación de los iones metálicos, p.ej. con EDTA, produce la disociación de la enzima en sus 4 subunidades inactivas (M r de la subunidad 30.000). El proceso se puede revertir por adición de manganeso. Es estable durante meses a pH 7,0 y +4°C. A pH inferior a 6 se inactiva progresivamente, disociándose reversiblemente en dímeros a pH 4 y en monómeros a pH 2. Es a l t a m e n t e e s p e c í f i c a , h i d r o l i z a n d o sólo canavanina y L-arginina pero no D-arginina u otros compuestos de guanido. Su pH óptimo depende de los iones metálicos, situándose alrededor de 10 en presencia de iones Mn 2+ . Se inhibe por la L-ornitina y la L-lisina. Los vertebrados uricotélicos (aves, reptiles) tienen también una A. específica de arginina, pero su actividad es muy baja y difiere de la A. hepática de los ureotélicos en la Km (50-100 veces de la de hígado de rata), la Ai (276.000), la susceptibilidad a la inhibición por ornitina y su comportamiento inmunológico. L-Arginina (L-Arginine), abrev. Arg: ácido 2-amino-5-guanidovalérico, el aminoácido más fuertemente básico. A/ 174,2, p.f. 238°C (d) [a] 2 " = +26,9 (c=l,65 en HC1 6N). Es inestable en soluciones alcalinas calientes, y forma nitratos,

3-Aril-4-hidroxicumar¡nas

picratos y picrolonatos casi insolubles, y una sal especialmente insoluble con el ácido flaviánico. Para su detección y determinación cuantitativa se utiliza la reacción de Sakaguchi. Se encuentra en cantidades especialmente grandes en protaminas e histonas. Hay concentraciones altas de Arg libre en muchas plantas, incluyendo algas rojas, Cucurbitaceae y coniferas, donde almacena y transporta nitrógeno, por lo que las concentraciones son especialmente altas en los brotes y órganos de reserva. Es glucogénica y semiesencial para el hombre, ya que los adultos no la necesitan. Diversos animales de experimentación muestran crecimiento limitado con dietas libres de Arg; las ratas jóvenes y los pollos necesitan el aminoácido porque no pueden sintetizarlo en las cantidades adecuadas. Es un compuesto importante del ciclo de la urea. La atacan diversas enzimas, según las especies: 1. la arginasa (EC 3.5.3.1) hidroliza la Arg liberada proteolíticamente; es una etapa importante en la detoxificación del amoníaco en el ciclo de la urea; 2. las transamidinasas (EC 2.1.4) transfieren el grupo amidina a diversos aminoácidos y aminas, formando derivados de guanidina implicados en la formación de fosfágenos; 3. la arginina desiminasa (EC 3.5.3.6) hidroliza Arg a L-citrulina y NH3; 4. la L-aminoácido oxidasa (EC 1.4.3.2) desamina Arg a ácido a-ceto-5-guanido valérico; 5. la arginina descarboxilasa (EC 4.1.1.19) descarboxila Arg a agmatina; 6. la arginina 2-mono-oxigenasa (EC 1.13.12.1) descarboxila y oxida Arg a 4guanidobutiramina. Se sintetiza en las reacciones del ciclo de la urea a partir de fosfato de carbamilo, L-ornitina y el grupo a-amino del Laspartato. El grupo guanino se biosintetiza generalmente por la misma ruta, porque todos los derivados de guanidina se generan a partir de Arg. La argininosuccinato liasa (EC 4.3.2.1) cataliza la última etapa de la síntesis de Arg. Incrementa la espermatogénesis. Diversos productos naturales contienen Arg, p.ej. el fosfágeno fosfato de arginina y la octopina. Schulze y Steiger la aislaron por primera vez, en 1886, en brotes de altramuz. Arginina, fosfato de (Arginine phosphate): véase Fosfágenos. Arginina-urea, ciclo de la (Arginine-urea cycle): véase ciclo de la Urea. Argininemia (Argininemia): véase Errores congénitos del metabolismo.

Arilamidasas (Arylamidases): grupo ubicuo de aminopeptidasas que rompen preferentemente arilamidas de aminoácidos, p.ej. la alanina (3naftilamida. La mayoría están unidas a partículas o membranas por lo que se piensa que juegan un papel importante en el transporte de proteínas resortivas y secretoras. También se cree que están implicadas en la degradación de hormonas peptídicas y en la fase final de la degradación intracelular de proteínas. Se clasifican en función de su especificidad: la A.A hidroliza Asp o Glu arilamidas, la A.B, Lys o Arg arilamidas y la A.N, Ala o Leu arilamidas. Hay actividad alta de A. en el borde en cepillo de la mucosa intestinal, en los túbulos del riñon y en las membranas plasmáticas del hígado. El valor de laAÍ de las A. particuladas aisladas hasta la fecha está entre 125.000 y 280.000. La determinación de A. en suero y orina tiene cierto valor diagnóstico en algunas enfermedades de hígado. 2-Arilbenzofuranos (2-Arylbenzofurans): compuestos naturales con el anillo mostrado en la Fig. Forman un grupo heterogéneo desde el punto de vista biosintético: el egonol (5-(3hidroxipropil)-7-metoxi-3'-4'-metilenodioxi-2arilbenzo-furano), componente de la fracción insaponificable del aceite de las semillas de Styrax japonicum, se obtiene por pérdida de un átomo de C de un bis-arilproponoide, es decir, de un lignano o un neolignano. El 6,3',5'-trihidroxi-2arilbenzofurano se encuentra con el estilbeno oxirresveratrol, del que deriva probablemente por ciclación oxidativa. En Leguminoseae hay otros 2-arilbenzofuranos, y varios son fitoalexinas. Están acompañados por isoflavonoides, con similares patrones de distribución, por lo que parecen derivar de ellos por pérdida de un átomo de C, p.ej., el vignafurano (6,2'-dimetoxi-4'hidroxi-2-arilbenzofurano) de Lablab niger y Vigna unguiculata. [P.M. Dewick en J.B. Harbone y T.J. Mabry (eds.), The Flavonoids: Advances in Research (Chapman y Hall, 1982) 602-605], 3'

3-Aril-4-hidroxicumarinas (3-Aryl-4hydroxycoumarins): grupo de Isoflavonoides 67

Arilsulfatasas

(véase) naturales estrechamente relacionados, p.ej. la escandenina (Fig.) de Derris scandens [C.P. Falshaw et al. J. Chem. Soc. (C) (1969) 374382].

Escandenina Arilsulfatasas (Arylsulfatases): el grupo de sulfatasas mejor estudiado. Hidrolizan ésteres de sulfato aromáticos por el enlace O-S, en la reacción R - 0 - S 0 ¡ + H 2 0 R-OH + H+ + S042 donde R-OH es un fenol. Son sustratos típicos de A. el sulfato de 2-hidroxi-5-nitrofenilo (sulfato de nitrocatecol) y el sulfato de 2-hidroxi-4nitrofenilo. Se dividen en dos grupos, las que son inhibidas por el sulfato (Tipo II) y las que no lo son (Tipo I). La mayor parte de las A. microbianas son del tipo I; el único otro miembro de este grupo es la A. microsomal de vertebrados (A.C), que generalmente está contaminada por otras sulfatasas. Las A. del hongo Aspergillus aerogenes (M ¡ 40.700; alta especificidad de sustrato) y Aspergillus oryzae (Ai 90.000; baja especificidad de sustrato) se han estudiado en profundidad. Las A. tipo II se han encontrado principalmente en lisosomas animales. Se ha obtenido A. de hígado de vaca en forma muy purificada. Existen dos formas de diferente Mt y PI, siendo la A. A la más abundante (M 107.000,4 subunidades de 27.000, PI = 3,4) y la menos abundante la A.B (Mr 45.000, cadena única (?); PI = 8,3). Aristolóquicos, ácidos (Aristolochic acids): grupo de compuestos nitroaromáticos de Aristolochia sp, de los que el más importante es el ácido aristolóquico I, p.f. 173°C.

HO

—

Norlaudanosolina ......

^

-och3

Ácido aristolóquico I

Biosíntesis del ácido aristolóquico I 68

Biosíntesis. Se forman a partir de alcaloides isoquinoleínicos del tipo norlaudanosina por oxidación del anillo que contiene nitrógeno (Fig.). Las drogas de Aristolochia están entre las más antiguas conocidas, pero debido a su toxicidad tienen poco uso. Arogénico, ácido (Arogenic acid): véase Pretirosina. Arrollamiento al azar (Random coil): véase Proteínas. Ascorbato, lanzadera del (Ascorbate shuttle): sistema de lanzadera en el que el ascorbato citosólico proporciona los equivalentes reductores para la regeneración del ascorbato en la matriz de los gránulos cromafines suprarrenales. En estos gránulos, el ascorbato se oxida durante la biosíntesis de noradrenalina por la Dopamina (3hidroxilasa (véase) intragranular. El citocromo ¿ 56l , unido a la membrana de los gránulos, transporta los electrones a través de la misma. El proceso está dirigido por la fuerza generada por el transporte de protones, desde el citosol a la matriz del gránulo, por una ATPasa de membrana. El ascorbato citosólico se regenera por la semideshidroascorbato reductasa mitocondrial. La conversión del ascorbato en su radical semialdehído libre implica la liberación de un protón, por lo que se crea un gradiente de pH a través de la membrana del gránulo (ApH = 1,5 unidades), que coopera con el potencial transmembranoso (Av|/ = +0,06V) para desplazar la Eh del par ascorbato/semideshidroascorbato dentro del gránulo E]tl(dcnlro) = £h( cra) + AP)> d e S d e fu +0,07 V (citosol) a 0,22 V, favoreciendo el flujo de electrones hacia el gránulo (Fig.) [M.F. Beers, et al. J. Biol. Chem. 261 (1986) 2529-2535; L.M. Wakefieldeí al., J. Biol. Chem. 261 (1986) 97399745 y 9746-9752], Ascorbico, ácido (Ascorbic acid), vitamina C: véase Vitaminas. Ascòrbico oxidasa (Ascorbate oxidase) (EC 1.10.3.3): véase Vitaminas. Asimilado (Assimilate): en sentido amplio, cualquier producto de la asimilación; en sentido estricto, un producto final estabilizado de la Fotosíntesis (véase). Asimilación (Assimilation): incorporación de nutrientes en un organismo. Véase asimilación del Dióxido de carbono. Asimilador, poder (Assimilatory power): véase Fotosíntesis. Asn, Asp-NH2: abrev. de L-Asparagina.

L-Aspártico, ácido E * 310 mV MATRIZ DE LOS GRÁNULOS

E » 220 mV

CROMAFINES

E m - 3 2 0 mV

E„*70mV CITOSOL

MEMBRANA

+02 Dopamina

\ /

2Ascorbato

2 Ascoltato

Dopamina B-hidroxilasa

Cyto

i \

Noradrenalins +

* 2 Semideshidro- \ ascoibato

pH 5.5

b56,

• 2H*

2e-

/ 2H < +

2 Semideshidroascorbato

NAD + Semideshidroascorbato reductasa NADH f H +

pH 7.0

A T P

—

MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA

2H

+

ADP + R

Lanzadera del ascorbato. Em, potencial a concentraciones equimoleculares; Eh, potencial semipila estándar. Los gránulos cromafines contienen 40 nmol de ascorbato por mg de proteína, lo que representa una concentración de 20 mM si todo él está en solución.

L-Asparagina (L-asparagine), abrev. Asn o Asp-NH2: H2N-OC-CH2-CH(NH2)-COOH, la 0semiamida del ácido L-aspártico. Ai 132,1, p.f. (hidrato) 236°C (d). La Asn y el ácido aspártico son ubicuos, en forma libre y como componentes de proteínas. Interviene en el control metabòlico de las funciones celulares de los nervios y el tejido cerebral. Muchas plantas usan Asn y L-glutamina como sistema de reserva de nitrógeno soluble. Se sintetiza a partir de ácido L-aspártico y amoníaco por una asparagina sintetasa (EC 6.3.1.1 o 6.3.1.4); la primera etapa de su degradación es, generalmente, la escisión del enlace amida por la asparaginasa (EC 3.5.1.1). L-Asparaginasa (L-Asparaginase) (EC 3.5.1.1): enzima ampliamente distribuida que hidroliza L-asparagina a L-aspartato y amoníaco. Se utiliza como agente antitumoral, especialmente contra linfosarcomas y leucemia linfáticas. Las células de estos tipos de cáncer, a diferencia de las células normales, no pueden compensar la carencia de asparagina; aunque tienen una asparagina sintetasa, han perdido la capacidad para sintetizar glicina a partir de serina, por lo que no pueden sintetizar asparagina a partir de glicina vía ácido glioxílico y oxalacetato. Hasta la fecha, sólo se han obtenido altamente purificadas L-asparaginasas microbianas (de Escherichia coli, Actinetobacter, Erwinia carotovora); Ai 135.000-138.000, con cuatro subunidades idénticas (Ai 33.000).

Aspartato-amonio liasa (Aspartate animonia-lyase), aspartasa (EC 4.3.1.1): enzima presente en bacterias, plantas superiores y unos pocos animales inferiores, que cataliza la interconversión reversible de aspartato y fumarato más amoníaco: " O O C - C H . - C H - C O O " 2 |

^ í ^

- O O C - C H = C H - C O O

+

N H ; . 4

n h ;

A altas temperaturas, la reacción de desanimación se realiza espontáneamente. Esta ruta, que sólo existe para el aspartato y no para otros aminoácidos de proteínas, falta en vertebrados, donde contribuiría a la formación de amoníaco que es tóxico para ellos. La A. bacteriana mejor estudiada (Ai 180.000) consta de cuatro subunidades de igual tamaño (A/ 45.000). L-Aspártico, ácido (L-Aspartic acid), abrev. Asp: ácido 2-aminosuccínico HOOC-CH 2 CH(NH 2 )-COOH, aminoácido proteogénico ácido no esencial para mamíferos. A/ 133,1, p.f. 269-271°C [oc]2d5 +5,05 (c = 2, agua). El Asp y el oxalacetato son interconvertibles por transaminación. La enzima aspartato-amonio liasa es más importante para la desaminación del aspartato que para su síntesis a partir de ácido fumárico y amoníaco. Juega un importante papel en el ciclo de la urea y en la biosíntesis de purinas y pirimidinas, en este caso por medio del orotato. 69

Aspartilglicosamina

En la síntesis de urea y purinas, el Asp dona su grupo a-amino en una transaminación ATPdependiente, que no requiere fosfato de piridoxal. El átomo N-l del anillo de la purina y el grupo 6amino de la adenina derivan del grupo amino del Asp. Aspartilglicosamina (Aspartyl glycosamine): véase Errores congénitos del metabolismo. Aspartilglicosaminuria (Aspartyl glycosaminuria): véase Errores congénitos del metabolismo. Aspergílico, ácido (Aspergillic acid): antibiótico, Mr 224,3, producido por Aspergillus flavus. Véase ácido Hidroxámico. Aspiculamicina (Aspiculamycin): véase Gougerotina. Astaxantina (Astaxanthine): 3,3'-dihidroxiP,P-caroteno-4,4'-diona, Mt 596,82, p.f. 216°C. Está ampliamente distribuido como pigmento rojo animal, especialmente en crustáceos, equinodermos y tunicados; también se encuentra en las plumas y la piel de los flamencos y otras aves, pero no en muchas plantas. En la naturaleza se encuentra libre como pigmento rojo, en forma de éster como dipalmitato, o como cromoproteína azul, verde o marrón. El pigmento oscuro negroazulado del caparazón de la langosta Astacus gammarus es un complejo de A. con proteína que, por desnaturalización (p.ej. al cocerlo), libera A. roja y una proteína incolora. R. Kuhn la aisló y determinó su estructura. Asteromicina (Asteromycin): véase Gougerotina.

Atenuación (Attenuation): mecanismo de regulación de las células bacterianas. La Represión enzimàtica (véase) permite a la célula responder a concentraciones extremas de metabolitos, mientras que la A. representa probablemente un mecanismo de «ajuste fino» para fluctuaciones relativamente suaves de las concentraciones de metabolitos. Se supone que hay lugares de A. en todos los operones de síntesis de aminoácidos en bacterias; hasta la fecha se han demostrado y estudiado en los de triptófano y fenilalanina de Escherichia coli y en los de histidina, leucina y triptófano de Salmonella typhimurium. El primer gen estructural del operón está separado del promotor-operador por una secuencia de DNA, denominada conductora, que se transcribe junto a los genes estructurales. En el caso del operón trp de E. coli, p.ej., se forma un único transcripto continuo de mRNA de trp de 7.000 nucleótidos, que incluye el RNA conductor (162 nucleótidos) en el extremo 5', seguido por las secuencias de todas las enzimas en la ruta biosintética. Esto ocurre cuando el triptófano es relativamente escaso. Cuando el nivel de triptófano es alto, sólo se transcribe parte de la secuencia conductora y termina la transcripción, produciendo un pequeño transcripto de 140 nucleótidos. El factor controlador no es el propio triptófano, sino el triptófano-aminoacil-tRNA, cuyo nivel refleja la disponibilidad de triptófano. Parte del RNA conductor se traduce en un péptido de 14 residuos de aminoácidos, dos de los cuales

Astaxantina

Asterosaponina A (Asterosaponin A): saponina esteroide (véase Saponinas). Su aglicona es la 3(3-,6a-dihidroxipregn-9(l l)-en-20-ona, que deriva del pregnano (véase Esteroides), y está unida a dos moléculas de 6-desoxi-D-glucosa, dos de 6-desoxi-D-galactosa y a una de ácido sulfúrico. Se aisló por primera vez en la estrella de mar Asterias amurensis. 70

son de triptófano. Los codones de estos dos residuos de Trp ocupan posiciones estratégicas en el RNA conductor (véanse Figs. 1 y 2 págs. 71-72). El análisis de el RNA conductor revela más de una estructura secundaria posible; cuál de ellas está presente en realidad está determinado por el avance de los ribosomas a lo largo del RNA. Si el aminoacil t-RNA del triptófano

Atenuación es a b u n d a n t e (se a s u m e que todas las otras e s p e c i e s de a m i n o a c i l - t R N A s o n t a m b i é n abundantes), la traducción tiene lugar con fluidez y el ribosoma alcanza el codón de terminación. En ese punto, el ribosoma cubre físicamente dos regiones del R N A potencialmente capaces de c o n t r i b u i r a la f o r m a c i ó n de la e s t r u c t u r a secundaria (regiones A y B en las Figs. 1 y 2), de manera que la única estructura secundaria posible es la de vástago-lazo formada por las regiones C y D, que actúa como señal de terminación de la transcripción. Si el triptófano-aminoacil-tRNA es escaso, el ribosoma se para en los codones trp, solo está cubierta la región A y el R N A forma una estructura secundaria no inhibidora; entonces se pueden transcribir los genes estructurales. El m e c a n i s m o se aprecia mejor considerando el a v a n c e c o o r d i n a d o de la t r a n s c r i p c i ó n y traducción como se muestra en la Fig. 2. Se puede a p r e c i a r q u e la A. representa una respuesta

g r a d u a l a c a m b i o s l i g e r o s en el n i v e l d e l aminoácido control. Esto no es un control del «todo o nada» o de tipo umbral, a diferencia de la represión o la inhibición por retroalimentación que se regulan por un mecanismo de conexióndesconexión. Es poco probable que el ribosoma se detenga en realidad en el codón trp-, puede ir más despacio o hacer una pausa dependiendo del s u m i n i s t r o r e l a t i v o de a m i n o a c i l - t R N A del aminoácido control. A la vista de la velocidad de transcripción y de la traducción coordinada (se incorporan 45 nucleótidos por segundo; unos 4 min para la transcripción del operón trp completo; unos 3 min para la degradación completa del transcripto del operon trp), una mera lentitud del r i b o s o m a será s u f i c i e n t e para f a v o r e c e r la estructura no inhibidora del R N A conductor. Las dos estructuras secundarias del R N A se pueden considerar como dos extremos termodinámicos que están hasta cierto punto en equilibrio.

12 Met 1 (N-terminal) Ser Leu Arg Arg Ser Ser Cys Phe Gly Gly Arg Asp Arg.. I lie líe 28 I / (C-terminal) Tyr Arg Phe Ser Asn Cys Gly Leu Gly Ser Gln Ala Gly Secuencia de aminoácidos de la forma circulante del factor natriurético atrial también denominado cardionatrina I opéptido natriurético oe-atrial (o a-ANP). El a-ANP de la rata contiene lie en la posición 12 en tanto que la forma humana contiene Met en esta posición.

DNA

5 ' A G C C C G C CT A A T GA GCGGGCT T T T T T T T G A A C A A A A T T A G A G A 4 T C G G G C G GA T T A

•

CGCCCGA AAA AA A A C T T G T T T T A A T C T C T

U C A G A U A C C C A G C C C G C C U A A U G A G C G G G C U U UU U U U (OH) 3 1 A 1 I : 1 A C D

3' 5'

RNA

c

A

* * Stop Ser Thr Arg Trp Trp Gly Lys Leu Val A U GC GU A C C A C U U A U G U G ACGGGC A A A G U C C U U C A C G C G G U G G U U G G AA A G U C AUG I 1 1 1 C| A

B

A

u Ph« ul u

U 11« 5 ' A AGUUC A C G U A A A A A G G G U A U C G AC A A U G A A A G C A A Met Lys Ala

Figura 1. Lugar atenuador en el conductor del operón de la síntesis de triptófano de Escherichia cotí y secuencia completa del RNA conductor transcrito. Dos regiones del DNA atenuador trp tienen ejes de simetría binaria. Las regiones A, B, C, D del RNA se corresponden con las regiones indicadas en negrita en la Fig. 2. El apareamiento de bases que da lugar a la formación del vástago-lazo es posible entre A y B (energía libre de formación - 4 6 , 9 kJ/mol), entre B y C ( - 4 9 kJ/mol) y entre C y D (-83,7 kJ/mol). Se muestran también los codones del péptido conductor y los dos codones estratégicos del Trp se indican con asteriscos. 71

Atenuación

Codón de terminación CodonesTrp

Figura 2. Representación esquemática de la atenuación durante la transcripción y traducción coordinadas, basada en la atenuación del operón de la síntesis de triptófano en Escherichia coli. 1. La RNA polimerasa ha abandonado el lugar del operador-promotor y ha empezado a transcribir la región del conductor, en dirección al primer gen estructural del operón (componente I de la antranilato sintetasa). Ha aparecido el codón de iniciación del péptido conductor, un ribosoma se ha unido y ha comenzado la traducción. 2. Simultáneamente a la transcripción del RNA, se realiza su traducción. Se ha sintetizado la región A y está comenzando la síntesis de la región B. El ribosoma está a punto de traducir los codones Trp del péptido conductor. 3. El triptófano-aminoacil-tRNA es abundante, de manera que la traducción continúa simultáneamente a la transcripción. El ribosoma ha alcanzado el codón de terminación y cubre parcialmente la región B, que ya está totalmente sintetizada. 4. El ribosoma no puede seguir, pero la transcripción continúa. Cuando aparece la región C no puede aparearse con la B por la presencia del ribosoma, pero cuando aparece la D, se aparea con ella, formando la estructura secundaria (el vástago-lazo CD) que actúa como señal para la terminación de la transcripción. La RNA-polimerasa y su transcripto abandonan el DNA. 5. El triptófano-aminoacil-tRNA es escaso, de manera que el ribosoma se para en los codones Trp. Se sintetiza la región B pero el ribosoma no lo cubre. La traducción no transcurre simultáneamente con la transcripción. 6. A medida que la región C emerge de la RNA polimerasa se puede aparear con las bases de la región B, formando una estructura vástago-lazo BC. Cuando se forma la región D, C no está disponible para aparear bases, de manera que no se puede formar la señal de terminación de la transcripción (vástago-lazo CD). La transcripción continúa hacia el primer gen estructural y se transcribe el operón entero. 7. Si escasean otros aminoacil-tRNA, el ribosoma no habrá llegado a A cuando aparezca D. La estructura termodinámicamente favorable es la de las respectivas estructuras vástago-lazo AB y CD y la transcripción termina en CD. Así, la deficiencia de otros aminoácidos puede atenuar la síntesis de triptófano.

El mecanismo es análogo en todos los demás sistemas de A. estudiados hasta ahora, estando los codones para el control de los aminoácidos situados en posiciones estratégicas en el R N A conductor. Puede haber cuatro (p.ej. A. de leu) o siete (p.ej. A. de phe e his) de estos controles estratégicos. 72

[Oxender, D . L . , Z u r a w s k i , G. y Y a n o f s k i , (1979) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 76, 5 5 2 4 5528. Gemmili, R.M. Wessler, S.R., Keller, E.B. y Calvo, J.M. ( 1 9 7 9 ) P r o c . Natl. Acad. Sci. USA, 76, 4 9 4 1 - 4 9 4 5 . Johnston, H . M . Barnes, W.M. Chumley, F.G., Bossi, L. y Roth, J.R. (1980)Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 77, 5 0 8 - 5 1 2 ] .

Auronas

Atmungsferment: citocromo oxidasa. ATP: abrev. de 5' Trifosfato de Adenosina (véase fosfatos de Adenosina). ATPasa (ATPase): véase Adenosina trifosfatasa. ATP-citrato (pro-3S) liasa (ATP citrate (pro3S)-lyase), enzima de escisión del citrato (EC 4.1.3.8): enzima citosólico que convierte el citrato en acetil-CoA y oxalacetato, escindiendo simultáneamente un ATP a ADP: Citrato + ATP + CoA -»AcetilCoA + oxalacetato + ADP + P.. ATP-imidazol, ciclo del (ATP-imidazol cycle): véase L-Histidina. ATP:urea amidoliasa (ATP: urea amidolyase): véase Urea:amido liasa. Atractilósido (Atractyloside): glucósido del cardo mediterráneo Atractylis gummitera. Es un inhibidor competitivo de la unión y el transporte de nucleótidos de adenina a través de la membrana mitocondrial interna. El carboxiatractilato, estrechamente relacionado, se une con afinidad alta (Kd 10~ 8 M) y no es desplazado por los nucleótidos de adenina. Atrayentes sexuales (Sexual attractants): productos naturales implicados en la interacción sexual. Los de los insectos (véase Feromonas) son especialmente numerosos y ejemplos bien estudiados de A.s. animales. Generalmente los produce la hembra sexualmente madura para atraer y predisponer al macho para la cópula. Los A.s. vegetales se denominan gamonas u hormonas sexuales vegetales. Se encuentran cuando al menos uno de los gametos implicados en la fertilización tiene existencia libre, p.ej. en muchas algas, hongos inferiores, musgos y helechos. Las gamonas que han sido investigadas, p.ej. sirenina y ectocarpeno, son producidas por los gametos femeninos y actúan como agentes quimiotácticos para atraer a los gametos masculinos. Al contrario que las feromonas, las gamonas sólo influyen en la interacción de los gametos (es decir, actúan a nivel celular) y no afectan al comportamiento del organismo entero. Atrial, péptido (Atrial peptide): véase Factor natriurético atrial. Atromentina (Atromentin): véase Benzoquinonas. Atropina (Atropine), DL-hiosciamina: racemato que se forma por tratamiento alcalino de la L-hiosciamina. A/ 289,48. Es el éster del ácido DL-trópico con tropina, p.f. 114-116°C, que

inhibe específicamente las neuronas colinérgicas activadas por muscarina. La L-hiosciamina es el éster de tropina del ácido L-trópico, p.f. 108111°C [a] D -21° (etanol). Sólo tiene efecto dilatador de la pupila la forma (-), pero, médicamente, se usan preparaciones racémicas de atropina. También se usa para inhibir la salivación y la sudoración y para combatir los espasmos del tracto intestinal y de los bronquios (asma). Es muy tóxica. Para su fórmula, distribución y biosíntesis, véase Alcaloides tropánicos. Atroscina (Atroscine): véase Escopolamina. Aucubina (Aucubin): véase Iridoides. Auranofina (Auranofin), (2,3,4,6-tetra-Oacetil-l-tio-P-D-glucopiranosato-S) (trietilfosfina) oro (I): agente antiartrítico, activo oralmente, que modula la actividad funcional de los macrófagos in vitro e in vivo. Los estudios de A. marcada con 195Au han proporcionado la evidencia de una lanzadera de sulfhidrilo en la que el oro se separa de la droga y se asocia con proteína celular, (ver Fig. pág. 74). o II

CH,-O-C-CH3

Auranofina

o

Auroculósido (Auroculoside): 7,5'-dihidroxi4'-metoxi-3'-0-P-D-glucosilflavano, véase Flavano. Auronas (Aurones), 2-bencilideno-3-cumaronas: pigmentos vegetales flavonoides de color amarillo, muy comunes en Compositae, Leguminosae, Hepaticae y Anacardiaceae, y esporádicas en otras pocas familias de plantas. Difieren entre sí por los sustituyentes de los anillos A y B, siendo comunes los grupos hidroxi, metoxi, metilendioxi y furano. Ejemplos: sulfuretina (6,3',4'-trihidroximarona, pigmento de los pétalos de muchas especies de Compositae), y furano (2",3",6,7):3-4-metileno-dioxifurano de Derris obtusa. Generalmente se encuentran como glicósidos. Una lista de las 19 auronas naturales conocidas se da por B.A. Bohm en The 73

Autofagia

Asociación del oro a la membrana celular Auranofina + Mem-SH —» Tetra-acetilglucosa + Mem-S-Au-Et3P + R-SH i Tetra-acetilglucosa + R-S-Au-Et3 P + Mem-SH ^ R-SH + Mem-S-Au-Et3P ¡nternalización Mem-S-Au-Et3P + Cyt-SH

_

ox.

Mem-SH + Cyt-S-Au-Et,P

Cyt-S-Air + OEt3P

Cyt-S-Au-+ Cyt-SH -> Cyt-S-Au-S-Cyt Eflujo Cyt-S-Au-S-Cyt + Mem-SH ¿ t Cyt-S-Au-S-Mem y/o Mem-S-Au-S-Mem i + Lisis celular R-SH i Ti Cyt-S-Au-S-Cyt R-S-Au-S-R + Mem-SH Lanzadera de sulfhidrilo propuesta para la internalization y eflujo celular del átomo de oro de la auranofina. Mem-SH, sulfhidrilo de la membrana; R-SH, sulfhidrilo extracelular; Cyt-SH, sulfhidrilo citosólico; Et3P, trietilfosfina. [R.M. Snyder et al. Biochem. Pharmacol. 35 (1986) 923-932],

Flavonoids: Advances in Research (J.B. Harbone y T.J. Mabry eds.) (Chapman y Hall 1982), päg. 336-337.

Anillo de las auronas

Autofagia (Autophagy): véase Digestión intracelular, Proteólisis. Autólisis (Autolysis): autodigestión de las células moribundas que se produce cuando se liberan las catepsinas (véase Proteólisis) de los lisosomas y atacan a las proteínas citoplasmáticas. En las células vivas, estas proteasas están en el interior de los lisosomas, cuyas membranas se rompen en la muerte celular. (Véase Digestión intracelular). Autorradiografía en papel (Paper autoradiography): véase técnica Isotópica. A u t o t r o f i a (Autrophy): capacidad para sintetizar todos los componentes orgánicos a partir de compuestos inorgánicos simples como 74

dióxido de carbono, amoníaco, nitrato y sulfato. El término se aplicó originalmente sólo a \a autotrofia del carbono, capacidad de las plantas verdes para asimilar el C 0 2 del aire (véase asimilación de Dióxido de carbono). La autotrofia del nitrógeno se refiere a la asimilación del nitrato (véase reducción del Nitrato) o a la fijación del Nitrógeno (véase), proceso por el que se puede formar y asimilar amoníaco (véase asimilación del Amoníaco). La autotrofia del azufre depende de la capacidad de las plantas y microbios reductores para asimilar sulfato (véase asimilación del Sulfato). Lo opuesto a la autotrofia es la heterotrofia. Auxina, antagonistas de (Auxin antagonists): inhibidores de auxinas cuyos efectos se pueden revertir, al menos parcialmente, por auxinas. El término se usa i n d e p e n d i e n t e m e n t e del m e c a n i s m o de inhibición; los i n h i b i d o r e s competitivos se llaman antiauxinas. Incluyen muchas clases de compuestos estructuralmente diferentes, comprendiendo algunas auxinas sintéticas, p.ej., ácido fenilacético y ácido fenilbutírico. A u x i n a s (Auxins): g r u p o de h o r m o n a s vegetales que regulan el crecimiento. Estimulan el crecimiento y la división celular en el cambium

5-Azacitidina

y la raíz e influyen en ciertas actividades enzimáticas. Las A. naturales son derivados indólicos biosintetizados a partir de triptófano. La más importante es el ácido indol-3-acético (LA.A., heteroauxina) (Fig.) que se usa como patrón para comparar la actividad de otros estimuladores del crecimiento. Fue aislada por Kôgl, en 1934, en la orina humana, y reconocida como hormona vegetal natural en 1950. Los efectos de las A. en las plantas fueron establecidos en 1926/1928 por Went. Todas las plantas superiores sintetizan I.A.A. y también se ha encontrado en muchas plantas inferiores y en bacterias. Las plantas de pifia, p.ej., contienen 6 (Xg/kg de peso fresco. Se determina cuantitativamente por el test del Coleoptilo de avena (véase). Son auxinas naturales: 2-(3-indolil)etanol(triptofol) 2-(3-indolil)acetaldehído 2-(3-indolil)acetonitrilo 2-(3-indolil)acetamido ácido 2-(3-indolil)propiónico ácido 4-(3-indolil)butírico ácido 3-(3-indolil)succínico ácido 2-(3-indolil)glicólico 2-(3-indolil)acetil-(í-D-glucosa ácido [2-(3-indolil)acetil]aspártico 2-(3-indolil)acetil-mesoinositol galactósido de 2-(3-indolil)acetil-mesoinosotol arabinósido de 2-(3-indolil)acetil-mesoinositol Las A. del final de la lista, que contienen azúcares o aminoácidos, se llaman conjugados de A. y son probablemente formas de transporte.

H

Ácido 2-(3-indolil)acético

Auxinas, conjugados de (Auxin conjugates): véase Auxinas. Auxocromos (Auxochromes): véase colores de Pigmentos. Auxotrofía (Auxotrophy): situación en la que se requieren suplementos nutricionales para el crecimiento (véase factores de Crecimiento), que se puede producir por una mutación (véase Mutantes auxotróficos). Opuesto: Prototrofia (véase).

Avenasterol (Avenasterol), 28 isofucosterol: isómero del Fucosterol (véase) presente en algas marinas verdes (véase Esteróles). Avermectinas (Avermectins): clase de lactonas macrocíclicas producidas por el actinomiceto Streptomyces avermitilis. A dosis bajas, son tóxicas para los parásitos nematodos y artrópodos de vacas, caballos, ovejas, perros y cerdos. Eventualmente se podrían usar también contra parásitos del hombre. Parecen interferir con los receptores del ácido 4-aminobutírico, GABA (véase), en las sinapsis en las que es el neurotransmisor. En mamíferos, tales neuronas sólo se encuentran en el sistema nervioso central, protegidas por la barrera hematoencefálica [Science 221 (1983) 823-827], Avidina (Avidin): glicoproteína básica presente en la clara de huevo de muchas aves y anfibios. Se conoce la estructura primaria de la A. de pollo: Mr 66.000, PI 10, 10,5% de treonina; 4 subunidades idénticas con 128 aminoácidos,* Mr 14.332 (sin glícido). Forma un complejo estequiométrico no covalente con 4 moléculas de la vitamina biotina, que no se absorbe porque no es atacable por enzimas proteolíticas, por lo que la alimentación con avidina o clara de huevo cruda puede producir deficiencia experimental de biotina (véase Vitaminas, Biotina). Se desnaturaliza, y por tanto inactiva, por calentamiento. Igual que la lisozima, no relacionada, y la con albúmina (véase Siderofilinas), la A. protege la clara del huevo contra la invasión bacteriana. Avitaminosis (Avitaminosis): véase Vitaminas. Axeroftol (Axerophthol): véase Vitaminas, Retinol, etc. 5-Azacitidina (5-Azacytidine), 1,P-Dribofuranosil-5-azacitosina: antibiótico pirimidínico (véase Antibióticos nucleosídicos) sintetizado porStreptoverticullius lakadamus var.

NH2

N^N

H0CH¿/°\ OH OH

5-Azacitidina 75

8-Azaguanina

lakadamus. Es eficaz contra bacterias Gramnegativas. 8-Azaguanina (8-Azaguanine), patocidina: antagonista de purinas sintetizado por primera vez en 1945 [Roblin et al. (1945), J. Am. Chem. Soc. 67, 290-294], El nombre sistemático, según el sistema de Patterson y Capell [«The Ring Index» Reinhold Publishing Corp. (1940), System 702], es 5-amino-7-hidroxi-l-v-triazol[d]piridina. Mr 152,04; se descompone sin fundirse por encima de 300°C. Se ha demostrado que es idéntica a la patocidina, un antibiótico de Streptomyces spectabalis. Afecta a muchas enzimas diferentes del metabolismo y síntesis de purinas; en particular inhibe la traducción y produce errores al incorporarse al mRNA. En la célula se convierte en el correspondiente nucleósido 5'-trifosfato que inhibe por retroalimentación la primera enzima de la biosíntesis de purinas, la pirofosfato de 5-fosforribosilo amido transferasa (EC 2.4.2.14). Es inhibidora y tóxica para una amplia variedad de sistemas vivos incluyendo bacterias, protozos y animales superiores. Inhibe el crecimiento de varios adenocarcinomas murinos, pero sólo tiene aplicación limitada en el tratamiento de cánceres humanos. A-Azahomosteroides (A-Azahomosteroids): véase alcaloides de Salamandra. L-Azaserina (L-Azaserine), O-diazoacetil-Lserina: Ñ=N=CH-CO-OCH 2 -CH(NH 2 )-COOH, un análogo de glutamina. Inhibe la transferencia del grupo amida (véase Transamidinación) desde la L-glutamina al ribótido de formilglicinamida. Es mutagénico y tiene actividad antitumorogénica. La sintetizan especies de Streptomyces yes eficaz contra Clostridia, Mycobacterium tuberculosis y Rickettsias. Azofer (Azofer): véase Nitrogenasa. Azofermo (Azofermo): véase Nitrogenasa. Azomicina (Azomycin) 2-nitroimidazol: antibiótico sintetizado porNocardia mesenterica y Streptomyces eurocidicus, p.f. 281-283°C. Fue aislada en 1953 por Maeda y en 1957 por Taguchi y Nakano. Las bacterias Gram-negativas y Gram-positivas son muy sensibles al compuesto: 0,5 fig/ml inhiben el crecimiento de Trichomonas vaginalis y 3 |ig/ml el de Salmonella paratyphi. Azúcar (Sugar): en sentido estricto, nombre genérico de la Sucrosa (véase) comercialmente disponible. En sentido amplio, término usado para 76

CH=CH

I N NI

VI

no2

Azomicina los Glícidos (véase), en especial los mono- y oligosacáridos. Azúcar, alcoholes de (Sugar alcohols): alcoholes polihídricos que se presentan frecuentemente como productos de la reducción metabòlica de los monosacáridos. Se denominan sustituyendo la terminación -osa del monosacárido progenitor por -itol. Según el número de átomos de carbono se clasifican en pentitoles, hexitoles, etc. Muestran actividad óptica baja, no son fermentados por las levaduras y no reaccionan con la solución de Fehling o la fenilhidracina. Se biosintetizan por reducción del monosacárido correspondiente con NADH o NADPH. Ejemplos naturales importantes son glicerol, eritritol, ribitol, xilitol, D-sorbitol, Dmanitol, dulcitol. Azúcar, anhídridos de (Sugar anhydrides): acetales internos que se forman en una molécula de azúcar por eliminación intramolecular de agua. Son químicamente similares a los glicósidos y se hidrolizan con agua o ácidos diluidos, formando los azúcares correspondientes. Azúcar de caña (Cane sugar): véase Sucrosa. Azúcar de la fruta (Fruit sugar): véase DFructosa. Azúcar de la madera (Wood sugar): véase D-Xilosa. Azúcar, esteres de (Sugar esters): ésteres de mono- u oligosacáridos con ácidos orgánicos o inorgánicos. Los ésteres de fosfato, p.ej. el 6-fosfato de glucosa, son de importancia fundamental en el metabolismo intermedio de los glícidos. Los sulfatos de condroitina y mucoitina, y la heparina, son ésteres de sulfatos típicos de animales. Azúcar invertido (Invert sugar): mezcla a partes iguales de D-glucosa y D-fructosa que, a diferencia de la sucrosa dextrógira, es levógira (véase Mutarrotación). Se produce por hidrólisis àcida o enzimàtica de la sucrosa. Las abejas tienen invertasa, por lo que la miel contiene de 70 a 80% de A.i. Su sabor dulce se debe principalmente a la fructosa.

Azufre, metabolismo del

Azufre (Sulfur): véase Bioelementos. Azufre, ciclo del (Sulfur cycle): véase metabolismo del Azufre. Azufre, compuestos de (Sulfur compounds): compuestos que contienen azufre oxidado o reducido, raramente ambos (Tabla). Son biológicamente importantes los aminoácidos de azufre, (véase L-Cisteína; L-Metionina), la biotina y la tiamina (anillo de tiazol) (véase Vitaminas), los s u l f á t i d o s (lípidos c o m p l e j o s del sistema nervioso, véase Glicolípidos), y los péptidos de tiol (véanse Glutatión, Vasopresina, Oxitocina, Insulina). También se incluyen en los C.a. la Penicilina (véase) y las sulfonamidas, que son agentes terapéuticos sintéticos importantes. Los glicósidos de aceite de mostaza contienen azufre oxidado y reducido. Los ésteres de sulfato son excretados por los animales. Azufre, metabolismo del (Sulfur metabolism): metabolismo de los compuestos que

contienen azufre. Se necesita azufre, en diversas formas (véase compuestos de Azufre), para la síntesis de biomoléculas en todos los organismos vivos. Muchos microorganismos utilizan fuentes inorgánicas de azufre, como sulfuro, sulfito, sulfato, tiosulfato, y en algunos casos, incluso azufre elemental. Las plantas asimilan sulfato inorgánico (véase asimilación del Sulfato), y, dentro de ciertos límites, también pueden asimilar dióxido de azufre atmosférico para formar cisteína y metionina. Sin embargo, el dióxido de azufre no puede satisfacer el requerimiento total de azufre de las plantas porque concentraciones altas son dañinas, como se puede observar en los bosques de las áreas industriales. En las hojas de las plantas, el dióxido de a z u f r e se oxida formando sulfato, el cual se transporta y asimila. El sulfato es absorbido del suelo, reducido (véase reducción del Sulfato) y entonces asimilado. Las principales fuentes de sulfato del suelo para la

Tabla. Compuestos de azufre naturales. Compuesto

Estructura general

Ejemplos

Tioles (mercaptanos)

RSH

L-cisteína; coenzima-A

Sulfuras o tioéteres

RSR,

L-Metionina

Sulfóxidos

RSOR,

Alicina; se forma a partir de aliína por la aliinasa, al rallar la cebolla (Allium cepa)

Compuestos de metil sulfonio

(CH3)2S* R

Ésteres de sulfatos

O II II R-O-S-O-

II

S-Adenosil-L-metionina; dimetil-Ppropiotetina

Sulfatos de fenol; sulfatos de polisacáridos

O

Sulfamatos

0 1II1 R=N-0-S-0"

II

Sulfamatos de arilo; glicósidos del aceite de mostaza

0

Ácidos sulfónicos

o 1 1 IIII R-C-S-O"

1 II

6-Sulfonato de glucosa; ácido cisteico; taurina y metiltaurina

O 77

Azuleno REDUCCIÓN

f

(Plantas, microorganismos)

I

Respiración del sulfato,

\ T (Desulfovibrio)

Ésteres de sulfatos de polisacáridos, < — s o f H,s—s-Cisteína esferoides f \ 11, 2 . „ ^ ^ s sulfatados, etc. / 2°3-« s \ Met¡on¡na ¡Bacterias quimiosintéticas de azufre)

j> Proteína

Animales, microorganismos, ¿plantas?

OXIDACIÓN Oxidorreducción del azufre en diferentes

organismos.

nutrición de la mayoría de las plantas son el yeso ( C a S 0 4 . 2 H 2 0 ) y la anhidrita ( C a S 0 4 ) . Los sulfuras, como el FeS y el FeS 2 (piritas) pueden o x i d a r s e a a z u f r e por procesos p u r a m e n t e químicos en el suelo; las bacterias de azufre lo oxidan entonces a sulfato. Las bacterias sulfúreas incoloras (p.ej. Beggiatoa, Thiobacillus, Thiothrix) oxidan las formas reducidas del azufre, por lo que desempeñan un papel importante en la circulación del azufre en la biosfera (es decir, el ciclo del azufre, véase la Fig.). La reducción del sulfato es específica de los microorganismos (véase respiración del Sulfato) y las plantas (véase a s i m i l a c i ó n del S u l f a t o ) , es decir, e s t o s o r g a n i s m o s r e a l i z a n M.a. i n o r g á n i c o . Los animales, por el contrario, necesitan ingerir fuentes orgánicas de azufre, principalmente en forma de los aminoácidos proteogénicos Lcisteína y L-metionina. Los animales también pueden sintetizar cisteína a partir de la metionina de la d i e t a . El m e c a n i s m o para s i n t e t i z a r metionina a partir de cisteína es igual en plantas y en animales (véase L-Metionina). Algunas c o e n z i m a s t a m b i é n c o n t i e n e n a z u f r e . La respiración y la asimilación del sulfato implican la formación inicial de sulfato activo (véase Fosfosulfato de fosfoadenosina), proceso que t a m b i é n se realiza en los animales (véase Sulfotransferasa). Los compuestos orgánicos de azufre oxidado proceden principalmente de la degradación de L-cisteína o de metabolitos secundarios que contienen azufre. Azuleno (Azulene), ciclopentacicloheptano: compuesto del que se originan varias sustancias 78

aromáticas no benzoicas de color azul a violeta. Los anillos de cinco y siete miembros unidos se estabilizan por un sexteto de electrones n. Originalmente, el término se usó para la fracción azul que se obtiene del aceite de camomila por alta ebullición, que en realidad son artefactos producidos a partir de sesquiterpenos incoloros, los proazulenos (Fig.). Tienen propiedades antiinflamatorias. Los más importantes son el camazuleno (R = H) y el guaiazuleno (R = CH 3 ). Azulenógenos (Azulenogens): véase Proazulenos. A z ú l e n o s , c o m p u e s t o s f o r m a d o r e s de (Azulene-forming compounds): véase Proazulenos.

Guayol (Proazuleno)

Guaiazuleno, R = CH3

Formación de azúlenos.

Azurina (Azurin): familia de cuproproteínas azules de especies de.Pseudomonas, Alicaligenes y Bordetella. La de Pseudomonas fluorescens c o n t i e n e 128 r e s i d u o s de a m i n o á c i d o s en secuencia conocida, con un puente disulfuro. La A. de distintas fuentes tiene Ai 14.000-16.000 y

Azurina

estructuras primarias y secundarias homólogas, pero tienen diferentes potenciales redox. Contiene un átomo de Cu2+ por molécula, unido en forma de pirámide triangular que implica un conjunto N 2 SS donador de Cys(S), Met(S) y 2 His(N). Respecto al tamaño y la naturaleza de la unión del Cu, la A. es similar a la plastocianina (plantas verdes) y a la estelacianina (látex del árbol de la laca chino). Se cree que

actúa, junto con el citocromo c55I, en el final de la cadena respiratoria, usando 0 2 o citrato como aceptor de electrones. Por su color azul (A.máx 625-630 nm; aproximado 7.000) y su PI (pH 5,65), la A. de Pseudomonas aeruginosa es un marcador estándar útil en el electroenfoque. [P. Rosen et al., Eur. J. Biochem. 120 (1981) 339344; P. Frank et al. J., Biol. Chem. 260 (1985) 5518-5525],

79

B

B 9: véase 2,2-dimetilamida del ácido Succínico. B 995: véase 2,2-dimetilhidracida del ácido Succinico. Bacimetrina (Bacimethrin): 4-amino-2metoxi-5-pirimidinametanol, antibiótico sintetizado por Bacillus megatherium; Mr 155,16, p.f. 174°C. Fue aislada por primera vez por Tanaka en 1961. Es antagonista de la tiamina y la piridoxina y activa contra algunas levaduras y bacterias.

H3Cv

1

Bacimetrina Bacitracinas (Bacitracins): péptidos cíclicos ramificados producidos por varias cepas de Bacillus licheniformis. Son eficaces contra bacterias Gram-positivas, en las que interfiere la síntesis de Mureína (véase). La más importante es la B.A, originada por condensación del grupo ^-terminal de una molécula de isoleucina con la cisteína adyacente. La B.F deriva de la B.A por eliminación oxidativa del grupo amino y deshidratación del anillo de tiazolina. Tiene escasa actividad antibacteriana. CH, I HC — CH¡CHj

L-Asn-e-D -AspL-•lie'

D-Phe

sulfurosas verdes (Chlorobacteriaceae), las bacterias sulfurosas purpúreas (Thiorhodaceae) y las bacterias no sulfúreas purpúreas (Athiorhodaceae). En las Chlorobacteriaceae se incluyen Chlorochromatium consortium y especies de Chlorobium. Las Thiorhodaceae están representadas por Chromatium okenii y Thiospirillum jenense. Las Athiorhodaceae incluyen tres géneros: Rhodopseudomonas, Rhodospirillum y Rhodomicrobium. Todas las B.f. están intensamente coloreadas por la presencia de pigmentos fotosintéticos; en vez de clorofila a, contienen Bacterioclorofila a (2devenil-2-acetil-3,4-dihidroclorofila a). Las bacterias s u l f ú r e a s verdes contienen también bacterioclorofilas c y d (antiguamente llamadas clorofilas de Chlorobium), cuya absorbancia está entre 700 y 760 nm. Además de las bacterioclorofilas, las B.f. contienen Carotenoides (véase), que actúan como pigmentos fotosintéticos auxiliares. Debido a su diferente pigmentación, los diversos tipos de B.f. son capaces de utilizar luz de distintas zonas del espectro para realizar la fotosíntesis. Las B.f. ni producen ni consumen oxígeno molecular. No realizan fotolisis del agua y pueden vivir anaeróbicamente, siendo la mayoría de ellas anaerobias estrictas. Contienen un fotosistema, análogo al fotosistema I de las plantas verdes superiores, las algas y las algas verdeazuladas. Las bacterias sulfúreas verdes y purpúreas llevan a cabo la fotolisis del sulfuro de hidrógeno:

H,N—CH

t L - He < - D-Glu COOH C O O H
E + F M N + RCOOH + hv (donde E es la enzima, RCHO un aldehido de cadena larga y E-FMN-OOH una 4hidroperoxiflavina) [M. Kurfürst et al. Eur. J. Biochem. (1982) 123 355-361], No está claro el significado biológico de la B. En algunos casos sirve como protección contra los enemigos o como cebo para capturar presas. Algunas especies la utilizan como sistema de co91

Biomacromolécula Mg2+ LH 2 + ATP + E

E-(LH2-AMP)+PP¡

E-(LH2-AMP) + 02

> L+HÎO+hv

E= Luciferasa

NH 2

municación; la información se codifica en el espectro, frecuencia y ritmo de los destellos o en la disposición de los órganos luminosos sobre el cuerpo. Por ejemplo, cada especie de Photinus usa una frecuencia de destellos diferente para atraer a su pareja y algunas especies predadoras imitan dicho patrón para atraerlas como presas. La B. de Photinus constituye un sistema de valoración de ATP en muestras biológicas extremadamente sensible. La mezcla de una muestra que

Tabla. Sistemas

bioluminiscentes

Características de la reacción Organismo

Xmáx. (nm)

Requiere NADH FMNH Requiere ATP

Photobacterium

470...505

Photinus Luciérnaga Renilla reniformis (Trinitaria, un celentéreo) Cypridina (Crustáceo ostrácodo) Latía (Lapa) Aequora (Medusa)

552...582

No cofactores

Fotoproteína 92

509

460

535 469

contiene ATP con un sistema luciferina-luciferasa (o extractos en polvo de abdómenes de luciérnaga), genera una cantidad de luz proporcional a la cantidad de ATP, que puede medirse en un espectrofotómetro. El análisis permite detectar nanogramos de ATP, por lo que se puede utilizar incluso para contar bacterias en función de su contenido de ATP. De manera similar, se usan preparaciones de bacterias luminiscentes para análisis de NADH, y la fotoproteína de la medusa Aequorea para la determinación de calcio y estroncio. La peroxidasa de rábano actúa como luciferasa en presencia de H 2 0 2 , una hidrazida cíclica como luminol y luciferina de luciérnaga sintética (disponible comercialmente). Esta enzima se puede acoplar a muchas proteínas, incluyendo anticuerpos, sin pérdida de actividad. Así, la B. se puede usar en una amplia variedad de inmunoanálisis, algunos de los cuales tienen importancia clínica [T. P. Whitehead et al. Nature 305 (1983) 158-159]. Biomacromolécula (Biomacromolecule): véase Biopolímero. Biomasa (Biomass): cantidad de sustancia orgánica de los organismos vivos de una determinada área. El término se usa en ecología. Biomembrana (Biomembrane): estructura laminar, de 60-100 Á de espesor, que contiene lípidos, glicolípidos, proteínas y glicoproteínas, y rodea a la célula (membrana celular) o la subdivide en compartimientos. Los lípidos tienen «cabe-

Biomembrana

Figura 1. Sección transversal esquemática de una membrana biológica. A representa una proteína intrínseca (integral) que atraviesa completamente la membrana, sobresaliendo a ambos lados de la misma; es una glicoproteina en la que las cadenas de glícidos están unidas al dominio de la proteína que sobresale por la superficie externa de la membrana. Este modelo corresponde aproximadamente a la glicoforina, una proteína de la membrana de los eritrocitos; la cadena proteica que sobresale hacia el interior de la membrana se cree que está asociada con una proteína extrínseca denominada espectrina. B representa una proteína de membrana intrínseca o integral, parte de ella inmersa en la bicapa y parte sobresaliendo al exterior. C es representativa de muchas proteínas extrínsecas (periféricas) que están más o menos firmemente asociadas a la membrana, pero que no parecen estar integradas en la bicapa lipidica, p.ej., la espectrina de la membrana del eritrocito. Estas proteínas suelen estar asociadas con proteínas intrínsecas en vez de adherirse a las cabezas hidrofílicas de los fosfolípidos. El citocromo c puede presentar una asociación con la B. intermedia entre B y C; es un constituyente funcional importante de la membrana mitocondrial interna y se separa de ella muy fácilmente.

zas» hidrofílicas (indicadas por esferas en la Fig.) y «colas» hidrofóbicas que, en soluciones acuosas, se organizan espontáneamente en bicapas, con las cabezas dirigidas hacia el medio acuoso y las colas hacia dentro, aisladas y separadas del agua. Esta estructura, teñida con tetróxido de osmio y acetato de uranilo, aparece al microscopio electrónico como dos líneas oscuras separadas por una zona más clara (la imagen se denominó originalmente membrana unitaria, pero el término es obsoleto). Las mitocondrias y los plastidios están rodeadas por 2 membranas y el núcleo por una membrana que se pliega sobre sí misma. El citoplasma de las células eucarióticas se caracteriza por poseer numerosas estructuras membranosas,

p.ej. el Retículo endoplásmico y el aparato de Golgi (véanse) y diversas vacuolas. Las procarióticas, por el contrario, no poseen membranas internas, aunque la membrana plasmática de algunas presenta abundantes invaginaciones. Las principales clases de lípidos son Fosfolípidos, Glicolípidos y Colesterol (véanse) y sus ásteres; existen muchos otros componentes minoritarios cuya composición exacta depende de la especie y del tipo celular. La cantidad y las clases de proteínas dependen de la función de la membrana; las membranas mielínicas, que actúan como aislantes eléctricos, tienen pocas proteínas (18%), mientras que la membrana mitocondrial interna, donde se realiza la Fosforilación oxidativa (véa93

Biopolímero se), contiene 75% aproximadamente. Las proteínas de la membrana tienen amplia variedad de funciones. Actúan, p.ej., como mediadores en el transporte activo y pasivo de sustancias insolubles en lípidos, facilitando su paso a través de la membrana, como receptores de hormonas y otras moléculas que transportan información celular y como enzimas. En algunos casos tienen funciones estructurales. El modelo actualmente aceptado sobre la estructura de la B. se basa en el concepto de mosaico fluido. Diversos tipos de experimentos han proporcionado la evidencia de que las moléculas lipídicas y las proteínas se desplazan libremente, con movimientos de difusión lateral y de giro, en la bicapa de la que forman parte. Sin embargo, el movimiento de «flip-flop», desde la monocapa externa a la interna o viceversa, es energéticamente desfavorable, ya que requiere el movimiento de sustituyentes hidrofílicos a través de la fase hidrofóbica, por lo que se produce raramente en el caso de proteínas y es mucho menos frecuente que el movimiento de traslación en el caso de los lípidos. El hecho de que haya poco movimiento de materiales desde la monocapa interna a la externa (o viceversa) de la bicapa, significa que ambas tienen diferente composición. Con respecto a las proteínas, la asimetría de la membrana es absoluta y, al menos en el caso de la membrana plasmática, las distintas clases de lípidos están en diferente proporción en las monocapas. Los residuos de glícidos sólo parecen estar unidos a la superficie no citosólica; participan en el reconocimiento y adhesión celular, probablemente en la comunicación intercelular, y a menudo contribuyen al carácter inmunológico distintivo de una célula.

Figura 2. Ilustración tridimensional de una bicapa fosfolipídica con proteínas intrínsecas A y B como en la Figura 1. 94

Físicamente, la s u p e r f i c i e de la B. es u n a interfase entre un solvente polar (agua) y uno apolar (las colas hidrofóbicas de las moléculas lipídicas). Las moléculas hidrofóbicas pueden atravesar la B. ya que se disuelven en el m e d i o hidrofóbico del interior de la membrana, pero las m o l é c u l a s i ó n i c a s y las h i d r o f í l i c a s e s t á n solvatadas en soluciones acuosas y para atravesar la membrana deben despojarse de su cubierta acuosa lo que es energéticamente desfavorable. Las membranas formadas exclusivamente por fosfolípidos (véase Liposomas) son impermeables a muchas moléculas biológicas. Diversos mecanismos de transporte activo o pasivo permiten que la B. sea selectivamente permeable a las sustancias hidrofílicas que deben atravesarla; se cree que las proteínas actúan como transportadores, o forman poros que permiten la Difusión facilitada, el Transporte activo (véanse) o el bombeo de iones (véase Bombas iónicas). Las proteínas intrínsecas o integrales de las B. no se pueden separar de ellas excepto por disolución de la B. con solventes orgánicos o detergentes; estas proteínas forman las protuberancias que se observan al microscopio electrónico en las superficies de criofractura de las B. Las proteínas extrínsecas o periféricas se separan de la B. por alteración de las condiciones iónicas o a valores extremos de pH. B i o p o l í m e r o (Biopolymer), biomacromolécula: molécula biológica constituida por una cadena (polímero) de subunidades (monómeros) similares o idénticos. Los B. periódicos (homopolímeros) están formados por subunidades idénticas, p.ej., la celulosa, f o r m a d a por mon ó m e r o s de g l u c o s a . L o s B. aperiódicos (heteropolímeros) están constituidos por subunidades similares pero no idénticas. Diferentes clases de B. se describen en las voces correspondientes: Proteínas, ácidos Nucleicos, Glícidos, Ligninas, Poliprenoles y Politerpenos. Las secuencias de los monómeros de proteínas y de ácidos nucleicos están codificadas en los ácidos nucleicos que actúan como moldes; los organismos han desarrollado sistemas para sintetizarlos con escasa probabilidad de error. La composición general de polisacáridos y ligninas está determinada por las enzimas que catalizan su síntesis, pero el tamaño y la secuencia monomérica exacta puede estar determinada por factores como la yuxtaposición de otras moléculas estructurales, y la tasa de crecimiento (p.ej. polisacáridos de la pared celular y

Biosintesi.? aromática

lignina) o la velocidad de degradación y disponibilidad de monómeros precursores (p.ej. polisacáridos de reserva). Los antígenos de los grupos sanguíneos (véase), y posiblemente otros oligo- y polisacáridos de reconocimiento de la superficie celular, poseen tamaños y secuencias monoméricas precisos. Existen B. mixtos: las Glicoproteínas (véase) tienen monómeros de glícidos unidos a cadenas de aminoácidos; los Glicolípidos (véase) tienen glícidos unidos a alguna parte de un lípido. Biopterina (Biopterin): véase Pteridinas. Bios II: véase Vitaminas (Biotina). Biosensor (Biosensor): componente biológico (p.ej. un enzima, un anticuerpo) combinado con un sistema de transducción, cuya interacción genera una señal eléctrica que se puede amplificar y registrar. En la mayoría de los B. el componente biológico está inmovilizado sobre la superficie del transductor. La señal producida por el material biológico puede ser un cambio de carga, potencial, calor, luz, masa u otro parámetro. Un B. amperométrico produce una corriente eléctrica al aplicar una diferencia de potencial entre dos electrodos, mientras que un B. potenciométrico produce un gradiente de potencial. En ambos casos, una reacción biológica produce el efecto eléctrico. Un típico mecanismo amperométrico es el sensor de glucosa que usa glucosa oxidasa; se usa ureasa en un típico sensor potenciométrico para urea. En sentido amplio, el término se usa a veces para sensores que detectan cambios o materiales biológicos, pero que no incluyen materiales biológicos en su mecanismo de detección (p.ej. electrodos de oxígeno). Véase Transistor de efector de campo, Inmunosensor, electrodo de Oxígeno, Sensores piezoeléctricos. Biosíntesis (Biosynthesis), biogénesis: síntesis biológica de un compuesto, es decir, síntesis enzimàtica. Debe distinguirse de la formación abiòtica de compuestos químicos en procesos geológicos o durante la evolución prebiótica (véase Evolución), de la que se realiza en el laboratorio en condiciones que simulan las de la tierra primitiva, y de la síntesis química realizada en el laboratorio o a escala industrial. Se realiza B. in vivo, es decir, en un organismo vivo o en una parte de él (p.ej. un órgano perfundido), o in vitro, en homogenados celulares, extractos, preparaciones enzimáticas y sistemas reconstituidos. Aunque el mecanismo de la B. puede ser el mismo in vivo que in vitro (siem-

pre que no existan artefactos) las condiciones son generalmente bastante diferentes (véase Métodos bioquímicos). La suma de todas las B. de un organismo constituye el anabolismo. Biosíntesis aromática (Aromatic biosynthesis),aromatización: Los mecanismos más importantes son 1. ruta del ácido siquímico/ácido corísmico, en la que se sintetizan los aminoácidos aromáticos L-fenilalanina, L-tirosina y Ltriptófano (Fig. 1), ácido 4-hidroxibenzoico (precursor de ubiquinona), ácido 4-aminobenzoico (precursor de ácido fólico) y los fenilpropanos C6-C3, incluyendo los componentes de lignina, derivados del ácido cinámico y flavonoides y 2. ruta del policétido en la que se condensan moléculas de acetato y se sintetizan compuestos aromáticos (p.ej. ácido 6-metilsalicílico) vía poli-|3cetoácidos. La biosíntesis de flavonoides (p.ej. antocianidinas) puede ocurrir por cualquiera de las dos rutas. Los ácidos siquímico y corísmico son precursores comunes de todos los compuestos aromáti-

D-Eritrosa-4-P +

Fosfoeno^iruvato

L

I

Figura 1. Esquema simplificado de la regulación de la biosíntesis de compuestos aromáticos. Ia-It = isoenzimas de la fosfo-a-ceto-3-desoxiheptonato aldolasa (EC 4.1.2.15). Id, Ic = isoenzimas de la corismato mutasa (EC 5.4.99.5). 95

Biotecnología Ácido fótico Acido 4-aminobenzoico

Ubiquinona

Ácido siqufmico

n 1

r~

t

Ácido 4-hldroxibenzolco

Ácido corfsmico

Vitamina K , * -

I

Ácido antranflico -

- Ácido prefénico L-Feniiaianína

I

Alcaloides, derivados del ácido cinámico

I

L-Tirosina

I

Alcaloides, derivados del ácido cinámico

• L-Triptófano

1

Alcaloides y otros compuestos

1

Fenilpropanos secundarios (lignanos, lignina, etc.)

Figura 2. Papel del ácido corísmico.

eos sintetizados por la primera ruta (Fig. 2). La Figura 3 muestra la secuencia de reacciones hasta el ácido corísmico, punto de ramificación en la biosíntesis de varios compuestos aromáticos. La regulación de la biosíntesis de compuestos aromáticos se lleva a cabo por mecanismos de retroalimentación. La primera etapa en la síntesis de los tres aminoácidos aromáticos es catalizada por la fosfo-oc-ceto-3-desoxiheptonato aldolasa (EC 4.1.2.15). Para cada aminoácido hay una isoenzima distinta, está sujeta a inhibición por el producto final y a la represión de su síntesis por el correspondiente aminoácido (Fig. 3). Las isoenzimas reguladoras también están implicadas en la transformación de ácido corísmico en ácido prefénico. Los mecanismos de control por retroalimentación y represión varían según las especies. Biotecnología (Biotechnology): aplicación de organismos vivos o sistemas derivados de ellos a procesos industriales. Su origen es antiguo, abarcando la agricultura, producción de queso, obtención de bebidas alcohólicas por fermentación, curtido del cuero, etc. Sin embargo, B. es un término moderno que se refiere a tipos concretos de explotación biológica, cuyas perspectivas han aumentado enormemente debido al desarrollo de la biología molecular. Son áreas importantes de la B.: 1. Ingeniería genética (véase) o tecnología del DNA recombinante. 2. Ingeniería de procesos (p.ej., producción de antibióticos por fermentación; conversión microbiològica de compuestos químicos simples, como metanol y amoníaco, en alimentos animales; producción de fuel por fermentación. 96

3. Concentración de minerales o «minería microbiològica». 4. Biosensores (véase). 5. Biocatalizadores (véase Enzimas inmovilizadas). 6. Tratamiento y biodegradación de residuos. 7. Producción de anticuerpos monoclonales para la investigación médica. 8. Estudio de la relación entre estructura y función de las proteínas y de la naturaleza de las interacciones moleculares que permiten la síntesis (no biológica) de catalizadores modelo y de nuevas drogas. Biotest (Biotest), análisis biológico: procedimiento por el que se analiza la actividad biológica de un compuesto observando su efecto en un organismo determinado. Se realizan con frecuencia con hormonas, inhibidores y antibióticos. Los objetos del análisis pueden ser organismos enteros, tejidos u órganos aislados o cultivos celulares. Biotina (Biotin): véase Vitaminas. Biotina carboxilasa (Biotin carboxylase): véase enzimas de Biotina. Biotina, enzimas de (Biotin enzymes): enzimas que catalizan reacciones de carboxilación usando biotina como cofactor. El grupo prostético (biotina) se une por un enlace amida al grupo e-amino de un residuo específico de lisina de la proteína enzimàtica, al que se denomina grupo biotinil-lisilo de la biocitina. El grupo carboxilo que se transfiere está unido al N-l' de la biotina («C0 2 activo»). La unión del C0 2 a la biotina es un proceso endoergónico que se realiza con hidrólisis simultánea de ATP:

Biotina, enzimas de

COOH I II

^

C — 0 - ®

COOH

ch2

c=o | ch,

Fosfoenofciruvato +

Fosfo-aceto-3desoxihep- P_ tonato aldolasa (EC4.1.2.15)

CHO H H

I

C — OH

I

C—OH

I

3-Deshidroquinato ho, sintasa

COOH

Acido 3-deshidrosiqufmico

^

D-Eritrosa-4-P

NAD^H + H+ N/fcpP* ^

&

TP

Siquimato deshidrogenasa JL "OH (EC 1.1.1.25) HO

JL

OH

OH

OH

M)P

Siquimato > cp¿ quinasa (EC 2.7.1.71)

Ácido siquímicoj

Ácido 3-deshidrosiquímico

5-Enof>iruvosiisiquimato 3-fos(ato

Siquimato-3-fosfato

Corismato sintasa (EC 4.6.1.4pV

O

COOH Ácido corismico

Figura 3. Síntesis de ácido corísmico DAHP = ácido 3-desoxi-D-arabinoheptulosónico-7-fosfato.

ATP + HCO" + biotinil-enzima (I) ADP + P. + carboxibiotinil-enzima (II). Se producen reacciones de carboxilación en la biosíntesis de ácidos grasos, en la degradación de leucina e isoleucina y en la degradación de ácidos grasos de número impar de átomos de carbono. La acetil-CoA carboxilasa (EC 6.4.1.2) cataliza la siguiente reacción en la biosíntesis de ácidos grasos: Acetil-CoA + HCO 3 + H+ + ATP Malonil-CoA + ADP + P.

El monómero de esta enzima está compuesto por 4 subunidades diferentes; una de ellas, la biotina carboxilasa (III) cataliza la carboxilación del residuo de biotina que se une covalentemente a la segunda subunidad denominada proteína transportadora de carboxilo-biotina (biotinaCCP). Biotina-GCP + HCO; + H+ + ATP 4 Carboxi-biotina-CCP + ADP + Pl En la segunda etapa de la reacción, la tercera subunidad, la carboxilo transferasa (IV), cataliza 97

Bisabolano

NH,. Z'3.NH C-NH-(CH2)4—CH

Enzima

NH

Enzima

la transferencia del grupo carboxilo al acetilCoA: Carboxi-biotina-CCP + acetil-CoA!^ Biotina-CCP + malonil-CoA En la proteína transportadora de biotinacarboxilo, el residuo de biotina actúa como brazo oscilante que transfiere el carbonato de hidrógeno desde la biotina carboxilasa al acetil-CoA que está unido al centro activo de la carboxilo transferasa. Otro ejemplo de reacción de carboxilación es la formación de oxalacetato a partir de piruvato. La piruvato carboxilasa (EC 6.4.1.1) contiene 4 subunidades, cada una de ellas unida covalentemente a una molécula de biotina y también contiene un ion Mg2+. Biotinil-enzima + ATP + C 0 2 + H 2 0 Carboxibiotinil-enzima + ADP + P.i Carboxibiotinil-enzima + piruvato - » Biotinil-enzima + oxalacetato En la degradación de ácidos grasos de número impar de átomos de C, la carboxilación de propionil-CoA a metilmalonil-CoA está también catalizado por una E.b.: O Carboxibiotinil-enzima + CH 3 -CH 2 -C ~ SCoA O Biotinil-enzima + C R - C H - C ~ SCoA COOH

La misma reacción es una de las etapas de la degradación de aminoácidos alifáticos (isoleucina, Ieucina y valina). Bisabolano (Biss^bolano): véase Sesquiterpenos (Fig.). Bixina (Bixin): éster de monometilo y un ácido dicarboxílico de C 24 denominado norbixina. A/ de la B. 394, p.f. 198°C. La norbixina tiene cuatro ramas laterales de metilo, 2 grupos carboxilo terminales y 9 dobles enlaces conjugados. La cadena de C 20 corresponde a la parte media del (}caroteno. En las B. naturales, el doble enlace A16 es cis, pero se isomeriza fácilmente a la forma trans, más estable, p.f. 217°C. La B. es un diapocarotenoide formado por oxidación de un carotenoide de C m . Es un pigmento amarillo a rojoanaranjado que se encuentra en las semillas de Bixa orellana, cuyo extracto se usa como colorante alimentario. Blasticidinas (Blasticidines): antibióticos pirimidínicos sintetizados por Streptomyces griseochromogenes (véase Antibióticos nucleosídicos). La primera B. fue aislada por Fukunaga en 1955. Representante importante del grupo es la blasticidina S, p.f. 235-236°C, [a]'¿ +108,4° (c = 1 en agua). Inhiben el crecimiento de hongos, p.ej. del hongo del arroz Piricularia oryzaé) y de algunas bacterias. Su efecto antibiótico se debe a que impiden la elongación de la cadena polipeptídica durante la biosíntesis proteica. H

VSa-S-V*

H,N

il ¡0 "COOH ! I—Citosinina —

H,

n NH

-il—Ácido blasticidínico

Blasticidina S

B l e o m i c i n a s (Bleomycins): grupo de antibióticos glicopeptídicos producidos por Streptomyces verticillus, ampliamente utilizado para el tratamiento carcinomas de células esca-

COOCH,

98

i NH2

Blasticidina S

HOOC

Bixina

CH,3 I

H2

H2

Bombas iónicas

mosas, linfomas, y cáncer de testículo. Se conocen más de 200, que difieren principalmente en la naturaleza del C-terminal, que se modifica suplementando el medio de cultivo bacteriano con diferentes aminas. En clínica se utiliza «Blenoxano», nombre comercial de una mezcla de 11 B. en la que los componentes mayoritarios son B.A^ (6070%) y B.B 2 (20-25%) (Fig.). Las B. rompen las hebras del DNA de doble cadena en solución y en células intactas; atacan todos los tipos de DNA (de mamíferos, virus, bacterias y sintéticos). También se unen al RNA pero no lo degradan; en los híbridos RNA-DNA degradan el DNA pero no el RNA. Esta especificidad no se debe a la presencia de timina en vez de uracilo, sino a la presencia de 2-desoxirribosa. La degradación de DNA por B. requiere 0 2 y se previene por agentes quelantes de metales como EDTA y el reactivo específico de hierro deferoxamina. Se acepta que la forma biológicamente activa de las B. es un complejo con Fe(II). La espectroscopia de flujo retenido demuestra que, tras la exposición del complejo Fe(II)-B. al 0 2 , ocurren dos procesos cinéticos distintos. Primero se forma un complejo intermedio inestable, Fe(II)B.-0 2 , que se descompone después formando una especie ESR-activa, denominada «bleomicina activada», de fórmula Fe(III)-B.-(0 2 H) o Fe(ffl)-B.(0 2 ~), que ataca al DNA. Las fleomicinas son idénticas a las B., excepto que no tienen el doble enlace C-4' en la fracción

de bitiazol, pero son demasiado tóxicas para usarlas como antibióticos. Otros antibióticos relacionados son zorbamicina, z o r b o n o m i c i n a , victomicina y platomicina, los cuales no se han estudiado en profundidad [J.C. Dabrowiak in Advances in Inorganic Biochemistry vol. 4 (Elsevier Biomedical, 1982) pp. 69-113]. Bloqueo metabólico (Metabolic block): véase técnica de Mutantes; Mutantes auxotrópicos. B o c i ó g e n o s (Goitrogens), compuestos antitiroideos: sustancias que inhiben la peroxidasa de iodo (conversión de iodo en «iodo activo»: H 2 0 2 + 21" + 2H+ -> 2"I"+ 2H 2 0), la iodinación de residuos de tirosina y el acoplamiento de residuos de monoidotirosina y di-iodotirosina para formar T 3 y T4 (véase Tiroxina). Los bajos niveles plasmáticos de T 3 y T4 resultantes estimulan la liberación de tirotropina en la pituitaria anterior, lo cual, a su vez, determina hipertrofia compensadora de la glándula tiroides. Tal aumento de tamaño, sin inflamación o malignidad, se denomina bocio. Son B. 2-tiouracilo, tiourea, sulfoguanidina, propiltiourea, 2-mercaptoimidazol, 5-vinil2-tio-oxazolidona (véase Glucosinolato) y aliltiourea (en mostaza). Bomba de Ca2+ (Ca2+ pump): véase Transporte de membrana. B o m b a s iónicas (Ion pumps): ciclos metabólicos que se realizan dentro de la membrana celular y transportan iones contra el gradiente de concentración dominante. El potencial

Bleomicinas 99

Bombesina

bioeléctrico de la membrana de las células nerviosas, p.ej., se basa en la diferente distribución de los iones Na+ y K+. La elevada concentración de K+ en el interior y de Na+ en el exterior del nervio produce un potencial normal de - 6 0 mV. La energía que se requiere para mantener este desequilibrio iónico la suministra el ATP obtenido en la fosforilación oxidativa. Cuando se estimula el nervio, se produce un cambio en la permeabilidad de la membrana, los iones de Na+ entran en la célula, los de K+ salen, y se invierte la polaridad. En pocos milisegundos se vuelve a la situación inicial porque los iones de Na+ son bombeados al exterior de la célula. El súbito cambio de la permeabilidad se debe probablemente a cambios estructurales de las proteínas de la membrana inducidos por la acetilcolina liberada. No se conoce con exactitud el mecanismo de las bombas iónicas. Bombesina (Bombesin): péptido aislado en la piel de rana por Anastasi et al. La secuencia de aminoácidos es Pyr-Glu-Arg-Leu-Gly-Asn-GluTrp-Ala-Val-Gly-His-Leu-Met-NH2. Estimula la liberación de hormonas gástricas, pancreáticas y adenohipofisarias en mamíferos y la contracción de los músculos lisos de los tractos digestivo y urinario y del útero. Cuando se inyecta periféricamente inhibe la secreción de hormona del crecimiento. La explicación de este efecto es la homología de la B. con diversos péptidos presentes en los tejidos de mamíferos, incluyendo el hipotálamo. Por ejemplo, 9 de los 10 aminoácidos carboxiterminales de la B. son idénticos a los 10 aminoácidos carboxiterminales de la hormona liberadora de gastrina porcina [W. A. Murphy et al., Endocrinology 117 (1985) 1179-1183], Bombicol (Bombykol), 10-trans-12-cishexadecadienol-(l): feromona exudada por las hembras de la mariposa de seda (Bombyx mori) para atraer a los machos. Es un aceite, 1,4835. La primera determinación de su estructura se hizo con 15 mg de B. aislado en las glándulas abdominales de 500.000 hembras de mariposa. Butenandt estableció su configuración comparando las actividades biológicas de compuestos sintéticos con el producto natural.

Bombicol

Bongcrécico, ácido (Bongkrekic acid): ácido 3-carboximetil- 17-metoxi-6,18,21 -trimetildocosa100

2,4,8,12,14,18,20-heptaeno-dioico, Ai 486,61. Es uno de los dos antibióticos tóxicos producidos por Pseudomonas cocovenenans, que crece en el bongkrek, producto de coco consumido en Indonesia, en descomposición. Inhibe la translocación de nucleósidos de adenina y afecta al metabolismo de glícidos. Bornano (Bornane): véase Monoterpenos, Fig. Boro (Boron): elemento esencial para el crecimiento de las plantas superiores, que se absorbe por las raíces en forma de borato. La falta de B causa podredumbre en la remolacha y otras plantas. Botulina (Botulin): véase Proteínas tóxicas. Bowman-Birk, inhibidor de (Bowman-Birk inhibitor): véase inhibidor de la Tripsina de soja. Bradicinina (Bradykinin), calidina I, cittina 9: Arg-Pro-Pro-GIy-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg, una de las hormonas plasmáticas denominadas cininas, que como todas ellas, se produce a partir de un precursor plasmático por acción de Calicreína, Tripsina o Plasmina (véanse). Causa dilatación de los vasos sanguíneos y por tanto reducción de la presión sanguínea, contracción de los músculos lisos de bronquios, intestino y útero, y es un potente agente productor de dolor. La lisilbradicinina tiene actividad similar. Brasicasterol (Brassicasterol), ergosta-5,22dien-3ß-ol: esteral vegetal (véase Esterales). Ai 398,69, p.f. 148°C, [a] D -64°. Se aisló por primera vez en el aceite de colza (Brassica campestris).

Brasicasterol

Brevifolina carboxflico, ácido (Brevifolin carboxylic acid): véase Taninos. Brimacombe, fragmentos de (Brimacombe fragments): véase proteínas Ribosómicas. Briocinina (Bryokinin): véase N6-(Y,Y" Dimetilalil)adenosina. Bromelaína (Bromelain): enzima de tiol (EC 3.4.22.4) de los tallos y frutos de la planta del ananás. La enzima del tallo es una glicoproteina básica (Ai 33.000; PI 9,55) estructural y catalíticamente similar a la papaína. Se activa por el

Buxus, alcaloides de

mercaptoetanol y otros compuestos SH y se inhibe irreversiblemente por agentes que bloquean los grupos SH. Es una endopeptidasa que se usa en química de proteínas para hidrolizar cadenas polipetídicas en fragmentos grandes. Brucina (Brucine): 2,3-dimetoxiestricnina.AÍ 394,47, p.f. 105°C (tetrahidrato) y 178°C (anhidro). Se utiliza en química preparativa para separar ácidos racémicos en sus isómeros ópticos. Es muy venenosa, pero 10 veces menos que la estricnina de la que deriva. Su principal efecto fisiológico es parálisis de la musculatura lisa. Para su fórmula y biosíntesis, véase alcaloides de Strychnos. Brusina (Broussin): 7-hidroxi-4'-metoxiflavano; véase Flavano. Bufadienólidos (Bufadienolides): véase Venenos de sapo, Glicósidos cardíacos. Bufogeninas (Bufogenins): véase Glicósidos cardíacos. Bufotenina (Bufotenine), 5-hidroxi Ndimetiltriplamina: Veneno de sapo (véase) que también se encuentra en setas venenosas, en las que fue aislada por primera vez por Wieland. Bufotoxina (Bufotoxin): la principal toxina del veneno del sapo europeo Bufo vulgaris. M 757. Es un derivado esteroide. La dosis letal mínima para gatos es 390 (J.g/kg. 2,3-Butanediol (2,3-Butanediol): véase productos de la Fermentación. 2,3-Butilenglicol (2,3-Butylene glycol): véase productos de la Fermentación.

n -Butírico, ácido (n-Butyric acid), ácido butanoico: CH3-(CH2)2-COOH, un ácido graso. Ai 88,1, p.f. -5°C. Representa el 3-5% de los ácidos grasos esterificados con glicerol de la grasa de mantequilla; el olor desagradable de la mantequilla rancia se debe al ácido butírico liberado por hidrólisis. Se encuentra libre en muchas plantas y hongos, y en cantidades traza en el sudor. En muchos aceites esenciales hay ésteres de A.b. Buxus, alcaloides de (Buxus alkaloids): grupo de alcaloides esferoides característicos de las plantas del género Buxus (boj). Derivan estructuralmente del pregnano (véase Esferoides), con grupos metilo adicionales en las posiciones 4 y 14, funciones amino o aminas metiladas en las posiciones 3 y 20 y, generalmente, un grupo 16 a-hidroxilo y un anillo de 9,10-ciclopropano. Un ejemplo típico es la ciclobuxamina H (Fig.).

Se sintetizan a través de cicloartenol o un precursor triterpenoide similar.

101

c C: véase Citosina. Ca2+, bomba de (Ca2+ pump): véase Transporte de membrana. Cach¡raquirol-B (Kachirachirol-B): véase Neolignanos. Cactus, alcaloides de (Cactus alkaloids): véase alcaloides de Anhalonium. Cadalina, precursor de (Cadalin precursor): véase (î-Cadineno. Cadaverina (Cadaverine), 1,5-diaminopentano: amina biogénica, producida enzimàticamente por descarboxilación de lisina, precursora de unos pocos alcaloides. Es uno de los compuestos responsables del olor de la carne en descomposición y la materia fecal, y es venenosa. Es uno de los sustratos preferidos de la amino oxidasa (EC 1.4.3.6). Cadena de transporte electrónico (Electron transport chain): véase Cadena respiratoria. Cadena respiratoria (Respiratory chain), cadena de transporte electrónico: serie de catalizadores redox que transportan electrones desde los sustratos respiratorios al oxígeno. La energía del flujo de electrones se utiliza para la síntesis de ATP, en un proceso acoplado denominado Fosforilación oxidativa (véase). El complej o de la C.r. se encuentra en la membrana mitocondrial interna en eucariotas y en la membrana celular en procariotas. Está asociada funcionalmente, de una manera estrecha, con las enzimas del Ciclo TCA (véase) que proporcionan los equivalentes reductores, principalmente en forma de NADH y algo de FADH2. En distintos tejidos y dependiendo de su estado metabòlico, otras rutas, p.ej. la degradación de ácidos Grasos (véase), pueden ser más importantes proporcionando NADH o FADI^ que el ciclo TCA. La reacción general es NADH + H+ + Vi01 —» H 2 0 + NAD, AG° = -221,7 kJ/mol (-53 kcal/ mol). En la Tabla 1 se dan los potenciales electroquímicos estándar de las etapas individuales de la C.r. En tres de las etapas (Fig.), la diferencia de

potencial es lo suficientemente grande para proporcionar la energía necesaria para la fosforilación del ADP, se denominan lugares de la Fosforilación oxidativa (véase). El primer lugar es el de la transferencia de electrones desde NADH a ubiquinona. Dado que los electrones del FADH2 entran en la cadena a nivel de la ubiquinona, promueven la formación de sólo dos moléculas de ATP por par de electrones. La cantidad de ATP producida por los electrones de cualquier sustrato se puede expresar como el cociente P/O, es decir, número de moléculas de ATP generadas por átomo de oxígeno consumido. En las deshidrogenaciones en las que la coenzima es NAD, el cociente P/O es 3; en sustratos oxidados por enzimas flavínicas, el cociente es 2. Aunque el flujo de electrones se produzca sólo a través de la cadena de citocromos, cada fosforilación requiere que pasen 2 electrones por cada lugar y para reducir una molécula de oxígeno se necesitan 4 electrones. Los mecanismos para acomodar estos requerimientos no están claros. La C.r. es un sistema unido a membranas, por lo que sus componentes solo se pueden purificar después de la rotura de las mismas (véase partículas de Transporte electrónico; Mitocondria). Por oscilación sónica, E. Racker obtuvo partículas submitocondriales capaces de realizar fosforilación oxidativa acoplada al transporte electrónico. El tratamiento con urea separa el componente F, de las partículas y con ello se impide la fosforilación, pero el transporte electrónico, es decir, la respiración, continúa. Dado que las estructuras F, aisladas tienen actividad ATPásica, parece probable que formen parte del aparato sintetizador de ATP in situ. Por tratamiento con detergentes se han aislado cuatro complejos enzimáticos de las membranas mitocondriales, designados I, II, III y IV. Los componentes y las actividades de estos complejos se muestran en la Tabla 2. Los componentes de la C.r. mejor estudiados son la ubiquinona y el citocromo c, que son solubles, fácilmente separables y por tanto acce103

Cadena respiratoria

sibles. Son moléculas relativamente pequeñas que parecen servir como transportadores de electrones entre componentes inmovilizados. La membrana mitocondrial es impermeable al ATP/ADP y al NAD/NADH, por lo que se necesitan dos sistemas de transporte para el funcionamiento de la C.r. Uno es el transportador de ATP/ ADP, que realiza el intercambio por difusión facilitada, y el otro es una lanzadera metabòlica (véase metabolismo del Hidrógeno) que permite que

el hidrógeno generado en el citoplasma entre en la mitocondria. Algunos organismos usan aceptores de hidrógeno cuyos potenciales redox son mayores que el del NADH (p.ej., sulfuro, tiosulfato, nitrito). El trabajo termodinámico necesario para reducir tales sustratos se realiza por la participación del ATP en el Transporte electrónico inverso (véase) a través de una cadena de citocromos. En general, tales organismos son anaerobios estrictos y sus ca-

Isocitrato, malato, glutamato, piruvato, a-cetoglutarato, 3-hidroxiacil-CoA, etc.

NADH

Citocromo c

I nr

ADP + P, - > ATP

Citocromo a Cu Citocromo a 3

TO,

Lugar 3: C N 7 N ; , C O

La cadena respiratoria. Los recuadros indican la composición de los complejos I a IV y el flujo de electrones se indica con flechas. Los lugares de acción de algunos inhibidores se indican por barras horizontales y se designan 1,2 y 3. Los lugares 2 y 3 están acoplados a la síntesis de ATP, es decir, según la teoría quimiosmótica, la transferencia de electrones desde el citocromo b al citocromo c,, y del citocromo a 3 al oxígeno, proporciona energía suficiente para la creación de un gradiente de protones para la síntesis de una molécula de ATP. El primer lugar de síntesis de ATP puede no ser el mismo que el lugar 1 de inhibición mostrado en este esquema, pero sí se sabe que está en el lado de la ubiquinona (en vez de en el lado del sustrato) del complejo I. 104

Caínico, ácido

Tabla 1. Valores de E\ de algunos pares redox biológicos. Sistema redox

E'0 en voltios

HVH 2

Ferredoxinaux/Ferredoxinan¡cJ NAD7NADH + H+

GlutatiónyGlutatión^ FMN/FMNH 2

Citocromo b (Fe3+/Fe2+) Fumarato/succinato Ubiquinona/ubihidroquinona Citocromo c (Fe3+/Fe2+) Citocromo a (Fe3*/Fe2*) Fe3+/Fe2* Vi O / O 2 -

-0,420 -0,420 -0,320 -0,230 -0,122 +0,075 0,031 +0,100 +0,254 +0,290 +0,770 +0,810

denas transportadoras de electrones carecen de citocromo oxidasa. Cadinano (Cadinane): véase Sesquiterpenes, Fig. p-Cadineno (P-Cadinene): sesquiterpene ópticamente activo presente en los aceites esenciales de juníperos y cedros. Junto con sus isómeros y sus derivados hidroxilados (cadinoles), es el representante de los cadinolenos, los sesquiterpenes mejor conocidos y los más ampliamente distribuidos. Se denominan precursores de cadalina, porque al deshidratarse forman este compuesto

aromático. Para la fórmula y biosíntesis, véase Sesquiterpenos. Cadinoles (Cadinols): véase P-Cadineno. Cafeína (Caffeine), 1,3,7-trimetilxantina: derivado de purina (véase Xantinas metiladas, Fig.) presente en los granos y las hojas de café, hojas de té, semillas de cacao y frutos de cola. Se obtiene generalmente a partir de hojas de té (contenido en cafeína 1,5-3,5%) y es un producto secundario en la producción de café descafeinado. Por sus efectos estimulantes sobre el sistema nervioso central, la C. y las bebidas que la contienen se usan para estimular el corazón y la circulación. Sus efectos se deben principalmente a la inhibición de la fosfodiesterasa que degrada cAMP a AMP en las células que producen adrenalina, lo que prolonga la acción de la adrenalina. Caínico, ácido (Kainic acid): análogo de la forma cíclica del ácido Glutámico (véase) que se extrae del alga Digenea simplex. Es antihelmíntico, de gran importancia en neurobiología por ser una neurotoxina selectiva que destruye las neuronas dejando intactos los axones y las sinapsis. [E.G. McGeer, J.W. Olney & P.L. McGeer, Kainic Acid as a Tool in Neurobiology (Raven, New York, 1978],

CH,=C I CH3

CH,COOH

Tabla 2. Componentes de la cadena respiratoria mitocondrial Complejo

Componente

Grupo funcional NAD+ o NADP*

I

Deshidrogenasas dependientes de nucleótidos de piridina Flavoproteínap

II

Flavoproteúw

FAD Hierro no hemo

Ubiquinona (Coenzima Q)

Estructura de qui nona reducible reversiblemente Centros hierro-azufre Hemo (no covalente) Hemo (enlace covalente) Hemo (enlace covalente) Hemo a Cuproproteína Hemo a

III

-

IV

Proteínas hierro-azufre Citocromo b (bK y bT) Citocromo c, Citocromo c Citocromo a Citocromo a,

FMN Hierro no hemo

Actividad

NADH: ubiquinona oxidorreductasa Succinate: ubiquinona oxidorreductasa Ubiquinona: citocromo c oxidorreductasa Citocromo oxidasa

105

Cairomonas

Cairomonas (Kairomones): véase Feromonas. Calciferol (Calciferol): lo mismo que vitamina D. Véase Vitaminas. Calcio (Calcium): elemento alcalino-térreo que en forma de catión divalente es ubicuo en la naturaleza; tiene numerosas funciones vitales en los organismos. Como CaP0 4 y CaC0 3 , da rigidez y dureza a conchas y huesos. Por su capacidad quelante, el Ca2+ proporciona estabilidad estructural a proteínas y lípidos en membranas celulares, citoplasma y orgánulos, y cromosomas. Se requiere como cofactor de numerosas enzimas extracelulares, incluyendo enzimas digestivas procarióticas y eucarióticas, y los factores II, VII, IX y X de la Coagulación sanguínea (véase), y para la activación de complejos antígeno-anticuerpo. El Ca2+ se une a la tubulina con alta afinidad, y es necesario para que las células entren en la fase S del Ciclo celular (véase). La contractilidad, secreción, quimiotaxis y agregación de células se regulan por Ca2+ y metabolitos del ácido araquidónico y, desempeña un papel esencial en la propagación del impulso nervioso y en la contracción muscular. El Ca2+ actúa como segundo mensajero (véase Hormonas) en células animales de una forma algo compleja. Cuando el receptor del sistema del calcio se activa por la llegada de un estímulo molecular, el 4,5-difosfo-fosfatidil-inositol (4,5Pln) se hidroliza a 4,5-difosfato de inositol y diacilglicerol. El diacilglicerol es también un segundo mensajero que promueve la fosforilación de varias proteínas, por activación de la Proteína quinasa C (véase). Al mismo tiempo, entra Ca2+ a la célula desde el exterior, o se moviliza de las reservas del interior de la célula, y la concentración de Ca2+ intracelular se eleva, brevemente, a aproximadamente 1,0 |J.molar. A esta concentración, el Ca2+ activa algunas proteínas directamente, y a otras indirectamente, tras unirse a Calmodulina (véase). Algunas proteínas activadas por calmodulina son quinasas que fosforilan un grupo de proteínas distintas a las que fosforila la proteína quinasa C. La misma proteína quinasa C se activa por altas concentraciones de Ca2+, pero si ha sido sensibilizada previamente por diacilglicerol, se activa por concentraciones de Ca2+ sólo ligeramente superiores a las de la célula no estimulada. Así, una vez activada la célula por una breve oleada de iones de calcio, la activación puede mantenerse a concentraciones de calcio mucho más bajas por haberse activado la proteína quinasa C. 106

En muchos casos, un estímulo determinado activará cAMP y Ca2+/diacilglicerol como segundos mensajeros. H. Rasmussen ha propuesto el término «sinárquico» para describir las interacciones que ocurren entonces. En algunos casos, la estimulación artificial de solo uno de los dos sistemas (p.ej. la entrada de C. a través de un ionóforo o inyección de cAMP) produce fosforilación de las mismas proteínas. La entrada de calcio suele producir una estimulación breve, mientras que la inyección de cAMP produce una estimulación lenta pero de larga duración; la estimulación simultánea de ambos sistemas produce una respuesta rápida y de larga duración. La presencia de dos sistemas de segundos mensajeros mutuamente reguladores permite una gran plasticidad en la respuesta de la célula ante el estímulo primario. Hay evidencias considerables de que el Ca2+ actúa como segundo mensajero en las plantas que contienen calmodulina (el cAMP no es segundo mensajero en plantas). Parece que el geotropismo y fototropismo de las plantas dependen del Ca2+. El exceso de C. es tóxico para las células, por lo que tienen mecanismos para eliminarlo. Uno es una bomba de calcio que lo elimina eficazmente hacia el exterior, la cual se activa por altas concentraciones de calcio intracelular. En condiciones normales, el Ca2+ se intercambia por Na+ que entra en la célula. Otro medio de evitar grandes cantidades de Ca2+ es secuestrarlo en las mitocondrias. La concentración intracelular normal de Ca2+ es 0,1 amolar; la concentración de Ca2+ libre en la sangre es aproximadamente 1,5 |i.molar [A.K. Campbell, Intracellular Calcium, Its Universal Role as Regulator (Wiley & Sons Ltd, 1983); D. Physiology Marmé, ed. Calcium and Cell (Springer, 1985); W.Y. Cheung, ed. Calcium and Cell Function, Vol. IV (Academic Press, 1983)]. Calcio, proteína reguladora dependiente de (Calcium-dependent regulator protein): véase Calmodulina. Calcitonina, (Calcitonin), tireocalcitonina: hormona polipeptídica de 32 aminoácidos, M (humana) 3.420. Se forma en las células parafoliculares del tiroides en mamíferos, y en la glándula último-branquial de los no mamíferos. (En ambos casos, la glándula deriva de la quinta hendidura branquial del tubo digestivo embrionario). Origina una disminución rápida y de corta duración de los niveles sanguíneos de calcio y fosfato, promoviendo su incorporación en los huesos. Se libera en respuesta al aumento de Ca2+, y es

Calcona sintasa antagonizada por la Parathormona (véase). Se detecta por métodos radioinmunológicos. Se ha conseguido la síntesis total de C. de varias especies.

prenil-4',6'-dimetoxicalcona, de Milletia ovalifoliá), yt-isocordeína (2',4'-dihidroxi-3'-(a,0ídimetilalil)-calcona, de Lonchocarpus spp.).

Calcona isomerasa (Chalcone isomerase) (EC 5.5.1.6): enzima vegetal purificada de varias fuentes, que cataliza la isomerización estereoespecífica de calconas a las correspondientes (-)(2S)flavanonas (Fig.), una etapa temprana importante en la biosíntesis de compuestos Flavonoides (véase). o Anillo de calcona

Calcona sintasa (Chalcone synthase), CHS:

Mecanismo propuesto para la acción de la calcona isomerasa [M.J. Boland y E. Wong, Bioorg. Chem. 8 (1979) 1-8], La adición nucleofílica de un grupo imidazólico al doble enlace del centro activo de la enzima se continúa por ataque nucleofílico del ion 2'-fenolato. A-H puede ser una cadena lateral acídica o, simplemente, una molécula de agua.

Calconas (Chalcones): flavonoides con el anillo indicado en la Fig. Están ampliamente distribuidas en el reino vegetal, especialmente en las Compositae y Leguminoseae, y contribuyen al color (amarillo a naranja) de las flores de ciertos miembros de Compositae, Oxalidaceae, Scrophulariaceae, Generiaceae, Acanthaceae y Liliaceae. Las C. son los primeros precursores de C l 5 detectables en la biosíntesis de flavonoides (véase Flavonoides; Calcona sintasa). A.B. Bohm (in The Flavonoids: Advances in Research, J.B. Harborne y T.J. Mabry, eds. (Chapman and Hall, 1982) pp. 410-412) da una lista de 11 agliconas de calcona naturales y de 28 glicósidos de calc o n a . Son e j e m p l o s : buteína (2',4',3,4tetrahidoxicalcona, p.ej. de Acacia), coreopsina (4'-glicósido de buteína, p.ej. de Cereopsis), pedicina (2', 5'-dihidroxi-3',4', 6'-trimetoxicalcona, de Didymocarpus), ovalicalcona (2'-hidroxi-3-

enzima vegetal (antes d e n o m i n a d a f l a v a n o n a sintasa) que cataliza la síntesis de calconas a partir de una molécula de éster de C o A de un ácido cinámico sustituido y de 3 moléculas de malonilCoA, una reacción clave en la biosíntesis de flavonoides (véase Estilbenos, Fig., y Flavonoide, Fig.). La especificidad e n z i m à t i c a varía dependiendo del origen, p.ej. la CHS de estambres de Tulipa y de p é t a l o s de Cosmos forma naringenina, eriodictiol u homoeriodictiol a partir de 4-cumaril-CoA, carreil-CoA o ferulil-CoA, r e s p e c t i v a m e n t e , m i e n t r a s q u e la C H S de Petroselinum hortense usa sólo 4-cumaril-CoA a pH 8,0, aunque también ataca cafeil-CoA a p H 6,0. (Los productos nombrados son flavanonas que se forman a partir de calcona por acción de la calcona isomerasa de manera hasta cierto punto espontánea). Durante la purificación de CHS, es necesaria la eliminación rigurosa de la calcona isomerasa para demostrar claramente la formación de calcona. Para las fórmulas de estos compuestos, véase Flavonoides, Flavanonas, Lignina. Ai de la C H S : 8 0 . 0 0 0 (Phaseolus vulgaris), 55.000 (Tulipa, Cosmos), 11.000 (Petroselinum hortense, Brassica oleraea, Haplopappus gracilis). Parece que las más activas consisten en dos subunidades idénticas. La CHS es muy similar a la P-cetoacil(proteína trans-portadora de acilos) sintasa (sin. P-cetoacil-ACP sintasa) de la ácidos grasos sintasa (no agregada) de tipo II y se ha sugerido que se originó por duplicación gènica [F. Kreuzalereí al. Eur. J. Biochem. 99 (1979) 89-96], La CHS de todas las fuentes investigadas hasta ahora cataliza la f o r m a c i ó n de c a l c o n a s c o n p a t r o n e s de hidroxilación del anillo de floroglucinol tipo A, originándose los tres grupos OH a partir de los grupos carboxilos esterificados con C o A del malonil-CoA. Por tanto, es necesario postular una 107

Calicosina

6'-desoxicalcona sintasa diferente para la mayoría de las fitoalexinas isoflavonoides. Se ha sugerido que la síntesis de los 5-desoxi-isoflavonoides está catalizada por un sistema enzimàtico similar a la ácido 6-metilsalicílico sintasa de Penicillium patulum, es decir, un complejo multienzimático que e m p l e a a c e t i l - C o A c o m o c e b a d o r y 3 moléculas de malonil-CoA, similar a los ácidos grasos sintasa Tipo I (agregada) de levaduras y P. patulum. Esta sugerencia está avalada por el patrón de incorporación de [ 13 C]acetato en el anillo A de la pisatina en Pisum sativum y de la faseolina en Phaseolus vulgaris [M. Steele et al. Z. Naturforsch 37c (1982) 363-368]. Calicosina (Calycosin): véase Pterocarpanos. C a l i c r e í n a (Kallikrein), cininogenina, cininogenasa: enzima proteolítica (EC 3.4.21.8) que rompe preferentemente los péptidos de Arg y Lys. Existen al menos tres tipos. La C. plasmática activa el factor Hageman y el cininógeno (véase Coagulación sanguínea) y libera Bradicinina (véase) a partir del cininógeno. La C. pancreática y submandibular liberan lisil-bradicinina (calidina) del cininógeno, y de proteínas plasmáticas de peso molecular elevado liberan péptidos biológicamente activos distintos a las cininas. La C. urinaria libera calidina del cininógeno y es antagonista del sistema renina-angiotensina (véase Angiotensina). Calidina 10 (Kallidin 10): véase Bradicinina. Calinasterol (Chalinasterol), ostreasterol, 24metilenil-colesterol, ergosta-5,24(28)-dien-3¡i-ol: esteral animal (véase Esterales). M 398,66, p.f. 192°C, [oc]D - 3 5 ° (cloroformo). Es un esteral característico del polen, y se ha encontrado también en esponjas, ostras y mejillones, y en abejas melíferas.

Calistefina(Callistephin): véase Pelargonidina. Calmodulina (Calmodulin): proteína que se une al calcio y media las funciones del Ca 2+ en eucariotas. Tiene 148 aminoácidos en secuencia a l t a m e n t e c o n s e r v a d a en la e v o l u c i ó n de eucariotas, y a p r o x i m a d a m e n t e un 70% de homología con la troponina C, la unidad de unión 108

al Ca 2+ del aparato contráctil muscular. Tiene 4 lugares de unión al Ca 2+ ; al unirse a él, la proteína sufre un cambio conformacional que deja al descubierto un lugar hidrofóbico. Este lugar interacciona con la proteína regulada por C. Aunque la C. es aparentemente ubicua, media distintas respuestas celulares al Ca2+ en diferentes tejidos. La especificidad de efectos de la C. se debe a la presencia de diferentes proteínas activadas por C. en diferentes tejidos. Algunas de las proteínas activadas por interacción con el complejo C.-Ca 2+ son fosfodiesterasas de nucleótidos cíclicos, adenilato ciclasa y guanilato ciclasa. Estas enzimas son activas en el metabolismo del cAMP y cGMP, que, como el calcio son segundos mensajeros de las h o r m o n a s ( v é a s e C a l c i o , f o s f a t o s de Adenosina). Su regulación por C. permite la interacción de los dos sistemas mensajeros. Otras proteínas activadas por C.-Ca 2+ son la fosforilasa quinasa muscular y la quinasa de la cadena ligera de la miosina, la quinasa de la glucógeno sintasa, y diversas proteínas quinasas que intervienen en la regulación de diferentes vías metabólicas en distintos tejidos. La C. también se une a proteínas no enzimáticas, como histonas, la proteína básica de la mielina, espectrina, tubulina y la dineína ATPasa. En células en mitosis, la mayor parte de C. se encuentra en el huso mitótico (formado principalmente por tubulina). (Dado que la C. se puede sustituir in vitro por otras proteínas que se unen al Ca 2+ , es posible que algunas de las proteínas de las que se ha informado que se activan in vitro por C., sean activadas in vivo por otras proteínas de unión al Ca2+). [L. J. Van Eldik & D. M. Watterson en Marmé, ed., Calcium and Cell Physiology (Springer, 1985) pp. 105-126; R.C. Brady et al. ibid. pp. 140-147; D. Marmé & P. Dieter, en W.Y. Cheung, ed. Calcium and Cell Function, Vol. IV, (Academic Press, 1983) pp. 246-311]. Caloñas (Chalones): sustancias antimolde, específicas de tejidos, inhibidores mitóticos endógenos. Son proteínas producidas por células maduras o diferenciadas que inhiben la división celular en células primordiales por un tipo de retroalimentación negativa (P. Weiss, 1952). El efecto de las C. es reversible y no especie-específico. Se han aislado en la epidermis, linfocitos, granulocitos, fibroblastos, eritrocitos e hígado. Las de linfocitos, granulocitos y fibroblastos son glicoproteínas de Ai 30.000-50.000, mientras que las de eritrocitos e hígado son polipéptidos de bajo peso molecular, Mx aproximada 2.000. Como se indica en la Fig., las C. son activas al final de la

Calvin, ciclo de

también en el crecimiento canceroso. Hasta ahora no se ha purificado ninguna C. Calva (Plaque): área transparente en la superficie de una colonia de bacterias cultivada sobre un medio solidificado. Se produce por lisis de las bacterias en una zona atacada por un bacteriófago. En condiciones controladas, cada C. representa un centro de infección iniciado poruña única partícula infectiva de bacteriófago. El número de C. que se producen sobre el cultivo de bacterias tras añadirle un volumen conocido de suspensión de fagos, sirve para determinar de manera simple el número de partículas infectivas de fago. El término se usa también en general para cualquier área de células lisadas en un cultivo. En inmunología, se usa un cultivo de glóbulos rojos para detectar las células productoras de inmunoglobulinas en un ensayo en calva. Cuando se añade complemento al sistema, los eritrocitos unidos a las moléculas de inmunoglobulinas se lisan, dejando una calva transparente. Dado que se pueden unir artificialmente muchos antígenos a la membrana de los eritrocitos, la técnica se puede usar para la práctica totalidad de anticuerpos capaces de fijar el complemento. Calvin, ciclo de (Calvin cycle), ciclo de la fotosíntesis, ciclo reductor de los fosfatos de pentosa: serie de al menos 15 reacciones

fase presintética G, y en la fase premitótica G2 del ciclo celular. También inhiben la fase E de restricción y la primera fase de maduración postmitótica A,, que precede a la fase A2 de envejecimiento. Así, las C. no sólo inhiben la división celular, sino que también retardan el envejecimiento incrementando la expectativa de vida de las células. Gn es la fase mitóticamente inactiva. Se cree que las C. desempeñan un papel importante en la homeóstasis (mantenimiento del equilibrio metabòlico corporal), y en la regeneración y curación de heridas. En general están implicadas en el crecimiento normal, pero

Reacción 1 : reacción de la difosfato deribulosacarboxilasa (EC 4.1.1.3) (carboxidismutasa); el intermediano indicado entre paréntesis está ligado a la enzima CH

2

-O-®

I c=o I H-C-OH I H-C-OH

CHJ-O-

1,5-Difosfato de ribulosa Reacción 2:

C02

>

CH 2 -O-(P) I SOOC-C-OH I c=o I H-C-OH

H,0

eoo© I

2 H-C-OH

I

CH2-O-

®

CHj-O- (?)

(?)

3-FosfOglicerato

1,5-difosfato de 2-carboxi3-cetorribitol 3-Fosfoglicerato

I

ATP

Fosfoglicerato quinasa (EC 2.7.2.3) ADP | Fosfato de 3-fosfoglicerilo | NADPH + H- — - J Fosfato de gliceraldehído ^__^Kdeshidrogenasa (EC 1.2.1.13) NADp. 3-Fosfato de gliceraldehfdo

Reacciones del ciclo de Calvin. 109

Calvin, ciclo de

Tabla. Reacciones que regeneran 1,5-difosfaío de ribulosa en el ciclo de Calvin Reacción

Enzima

Reacción

Enzima

Gliceraldehído-P^Í Dihidroxiacetona-P

Triosafosfato isomerasa (EC 5.3.1.1)

Sedoheptulosa1 , 7 - P 2 ^ Sedoheptulosa-7-P + P•

Sedoheptulosa-bisfosfatasa (EC 3.1.3.37)

Gliceraldehído-P Fructosa-difosfato aldolasa + Dihidroxiacetona-P (EC 4.1.2.13) ^ í Fructosa-1,6-P,

Sedoheptulosa-7-P + Gliceraldehído-PJÍ Ribosa-5-P + Xilulosa-5-P

Transcetolasa (EC 2.2.1.1)

Fructosa-1,6-P 2 ^ í Fructosa-6-P + P.i

Fructosa-difosfatasa (EC 3.1.3.11)

Ribosa-5-P^Í Ribulosa-5-P

Ribosafosfato isomerasa (EC 5.3.1.6)

Fructosa-6-P + Gliceraldehído-P ^ í Xilulosa-5-P + Eritrosa-4-P

Transcetolasa (EC 2.2.1.1)

Xilulosa-5-P^Í Ribulosa-5-P

Ribulosafosfato 3-epimerasa (EC 5.1.3.1)

Eritrosa-4-P + Dihidroxiacetona-P^ Sedoheptulosa-1,7-P,

Aldolasa (EC 4.1.2.13)

Ribulosa-5-P + ATP ^ í Ribulosa-1,5-P 2 + ADP

Fosforribuloquinasa (EC 2.7.1.19)

Suma: 5 Triosa-P —» 3 Pentosa-P

e n z i m á t i c a s q u e , en c o n j u n t o , f o r m a n u n a m o l é c u l a de f o s f a t o de h e x o s a a partir de 6 moléculas de C 0 2 . En el proceso, que no requiere luz (reacciones de la fase oscura), se consumen 12 moléculas de N A D P H y 18 moléculas de ATP por molécula de fosfato de hexosa. El C. se divide en 4 fases (Fig.): 1) En la fase carboxilante, 1 molécula de 1,5-difosfato de ribulosa y 1 molécula de C 0 2 p r o d u c e n 2 m o l é c u l a s de á c i d o 3fosfoglicérico en una reacción catalizada por la ribulosa-difosfato carboxilasa (véase Carboxilación fotosintética). 2) En la fase reductora, el grupo carboxilo del ácido 3-fosfoglicérico se reduce al grupo aldehido

Reacciones del ciclo de Calvin. 110

del 3-fosfato de gliceraldehído. En esta reacción, el grupo carboxilo debe activarse por ATP antes de reducirse por NADPH. En principio, la reacción es la inversa de la oxidación del 3-fosfato de gliceraldehído por la triosa-fosfato deshidrogenasa durante la glicólisis. La reducción consume los productos de las reacciones luminosas, ATP y NADPH, y es por tanto el punto en que se acoplan las reacciones de las fases luminosa y oscura. 3) En la fase de regeneración, el aceptor del C0 2 ,1,5-difosfato de ribulosa, se regenera en una serie de etapas (Tabla). Dos moléculas de fosfato de triosa se condensan en 1,6-difosfato de fructosa, que, tras la eliminación de un fosfato, entra en 4)

Cambiadores de iones

la fase sintética como 6-fosfato de fructosa. En esta fase se forman sacarosa o almidón. El C. se puede resumir: 6 C0 2 + 12 NADPH + 18 ATP + 6 H20 fosfato de hexosa + 18 ADP + 17 P. + 12NADP+. Calvin, plantas (Calvin plants): véase Plantas C3. CAM: abrev. de molécula de Adhesión celular (véase) y de Metabolismo ácido crasuláceo (véase). Cambiadores de iones (Ion exchangers): sustancias naturales y artificiales, principalmente sólidas, capaces de intercambiar los iones unidos a ellas por iones del medio líquido que les rodea. La estructura de los C.i. sólidos no cambia significativamente durante el proceso. El intercambio depende de las propiedades de los iones implicados; la unión también puede producirse simplemente por absorción. Los C.i. son polielectrólitos insolubles de peso molecular elevado capaces de hincharse. Son ácidos (ácidos sólidos, macropoliácidos) y bases (bases sólidas, macropolibases) de naturaleza química muy variada. El intercambio de iones se realiza estequiométricamente, estableciéndose un equilibrio químico: IG, + G2 IG2 + G,, donde I es el C.i., y G, y G2 los contraiones del cambiador y del medio. Según el tipo de iones del cambiador, se denomina catiónico, con iones funcionales negativos unidos a contraiones positivos, o aniónico, con iones funcionales positivos y contraiones negativos (aniones) para igualar la carga. Los grupos de anclaje (componentes activos del intercambio) de los cambiadores catiónicos disponibles en el mercado son generalmente C 6 H 5 0-, -S0 3 ", COO-, -PO2,- o A s q - ; los de los cambiadores aniónicos son generalmente -N + H 3 , -N + H 2 R, -N + HR 2 , -N + R 3 (R = residuo orgánico). Los cambiadores anfóteros tienen iones ácidos y básicos y las resinas de intercambio iónico específicas para metales tienen iones específicos ordenados por pares de manera que puedan formar complejos con ciertos iones metálicos (cambiadores específicos). Los C.i. tienen áreas superficiales grandes, de manera que su capacidad de intercambio es generalmente muy elevada, p.ej. 500 m2/g, capacidad de intercambio 0,5 a 10 meq/g, lo que puede producir una concentración iónica equivalente a una solución 10 N. Tipos de C.i.: Las resinas de intercambio iónico sintéticas consisten en una matriz hidrofóbica capaz de un hinchamiento limitado. Sus propiedades dependen de su estructura química, del grado de entrecruzamiento y del número y tipo

de iones ligados. En la síntesis de resinas cambiadoras artificiales, la sustancia base se entrecruza mediante grupos formadores de puentes a la vez que se unen los grupos de anclaje. Las resinas de intercambio iónico sintéticas consisten en una red de glícidos con muchos grupos ionizables, ácidos o básicos, unidos covalentemente a la sustancia base. Existen dos tipos de resinas, las de policondensación y las de polimerización. Las últimas, formadas por poliestireno entrecruzado con divinilbenceno, son las más comunes. Las resinas Dowex y las diversas Wofatit son de este tipo. Las propiedades químicas y físicas de las resinas de intercambio cambian al modificarse la matriz. Las resinas de polimerización se clasifican por el tamaño de la partícula y el grado de ramificación (número X). El equilibrio del intercambio iónico se alcanza tanto más rápidamente cuanto más pequeñas sean las moléculas, ya que la velocidad de difusión de los iones es inversamente proporcional a la tercera potencia del diámetro de la partícula. El grado de entrecruzamiento determina el grado de hinchamiento y porosidad del C.i., lo que influye en su efecto como tamiz molecular, en la velocidad del flujo a través del lecho y también en la capacidad de intercambio. El grado de entrecruzamiento se define por el número de enlaces intermoleculares en la matriz, referidos a 1 g de C.i. La capacidad de un cambiador se expresa por la capacidad total (número total de iones fijados por gramo de C.i. seco, expresada en meq/g) o por la capacidad útil, número de contraiones que puede intercambiar, que depende de diversos parámetros. En algunos casos existen considerables diferencias entre los C.i. fuertes y débiles. Una resina muy ácida con grupos sulfonato como iones fijos está muy ionizada, tanto en la forma de ácido como en la de sal, de modo que se puede realizar intercambio de iones en todo el rango de pH, mientras que un intercambiador de carboxilo, débilmente ácido, sólo es activo a pH 7. 2. Los cambiadores de iones de celulosa tienen los grupos activos cerca de la superficie de la red hidrofílica de celulosa, introducidos por sustitución o impregnación. Se fabrican en papel o en polvo, y su principal ventaja consiste en poder intercambiar moléculas grandes, que no podrían penetrar en la red de un intercambiador de resina artificial. Son por lo tanto de especial importancia en la química de las proteínas. La celulosa DEAE 111

cAMP

( d i e t i l a m i n o e t i l c e l u l o s a ) es una celulosa sustituida, un cambiador de aniones que contiene grupos -C2H4-N(C2H5)2. La carboximetilcelulosa es un cambiador catiónico que contiene grupos -CH2-COO-, 3. Los cambiadores basados en geles de dextrano contienen grupos activos unidos a los residuos de glucosa de la matriz hidrofóbica. 4. Son cambiadores inorgánicos las permutitas silícicas, que se utilizan para ablandar el agua, y las zeolitas, que son aluminosilicatos cristalinos naturales con una red de tetraedros de Si0 4 y A104. En la actualidad son los que más se utilizan para ablandar el agua, porque sus espacios intersticiales contienen no sólo agua sino también iones de metales alcalinos y alcalinotérreos que se pueden intercambiar. Aplicaciones: se utilizan C.i. para ablandar y desalar el agua, para procesos de intercambios iónicos sencillos, p.ej. separación de sales neutras y cambios sal-sal, para el enriquecimiento, aislamiento y determinación de elementos traza, para la separación de iones de propiedades similares (véase Cromatografía de intercambio iónico), para catálisis, p.ej. en la inversión del azúcar. En bioquímica se utilizan ampliamente para la separación y determinación de moléculas cargadas, p.ej. nucleótidos, proteínas y aminoácidos (véase Proteínas). cAMP: abrev. de adenosina 3',5'-monofosfato de adenosina cíclico. Véase fosfatos de Adenosina. Campesterol (Campesterol), (24R)-ergost-5en-3(i-ol: esterol vegetal (véase Esteróles). Ai 400,68, p.f. 158°C, [ SCN". Otra reacción de detoxificación (que es cuantitativamente insignificante, sin embargo) es la formación de cianocobalamina (vitamina B12, véase Vitaminas). L-Serina

HCN^I 1

r*

NC-CH —CH-COOH

p-Cianoalanina

I^ 0||

NH 2

|2

H2N-C-CH2— CH-C00H

L-Asparagina

1

a-Cetoglutarato

H,N + L-Aspartato 1 Aminación reductora

I

V

L-Glutamato

L-Glutamina

Asimilación del cianuro en las plantas Ciasterona (Cyasterone): fitoecdisona (véase Ecdisona), Mr 520,67, p.f. 164-154°C, [cx]D + 64,5° (piridina), aislada en diversas plantas,

Ciasterona

Ciclo fútil

incluyendo Cyathula capitata, familia Amaranthaceae, y Ajuga decumbens, familiaLabiatae. A diferencia de otras ecdisonas, la C. tiene un esqueleto de estigmastano (véase Esferoides) y un grupo y-lactona en la cadena lateral. Ciclitoles (Cyclitols): compuestos derivados del 1,2,3,4,5,6-hexahidroxicicIohexano. Tienen la misma fórmula química, C6H1206, que las hexosas, y están relacionados biosintéticamente con ellas, pero tienen un anillo isocíclico en vez de heterocíclico; el anillo de hexano tiene configuración en silla. Los grupos hidroxilo pueden ocupar una posición ecuatorial o axial, lo que hace posible la existencia de 8 isómeros cis, trans, de los que 7, como mcíoformas, son ópticamente inactivos. Otro dos isómeros son las formas D y L del 8 o isómero cis, trans, ópticamente activo. Los 9 isómeros se encuentran en la naturaleza, y el Mioinositol (véase) es muy común. En las plantas, los más comunes son inositol (A/ 180,16, p.f. 227°C, [a] D + 65° en agua), escilitol (p.f. 348°C) y dos ésteres metílicos del D-inositol, pinitol (A/ 194,2, p.f. 186°C) y quebrachitol (Mr 194,2, p.f! 192°C, [a]2D5+ 81° en agua). Cicloalcanos (Cycloalkanes): anillos de hidrocarburos saturados, fórmula general CnH2n. La tendencia a formarse y la estabilidad de los anillos depende del número de átomos de carbono, siendo los anillos de 5 y 6 miembros los más estables y los que se forman más fácilmente. Son componentes de muchos productos naturales, especialmente de terpenos cíclicos, incluyendo también derivados de ciclobutano y ciclopropano. Cicloartenol (Cycloartenol): 9,19-ciclo-5a, 9p-lanost-24-en-3p-ol, alcohol triterpénico tetracíclico. A/ 426,73, p.f. 115°C, [ oxalacetato —> PEP —> piruvato. Los C.f. p o r p o r c i o n a n calor en los tejidos termogénicos tales como la grasa parda y los músculos torácicos de insectos. Cicloheximida (Cycloheximide), actidiona: antibiótico aislado en Streptomyces griseus. M 281. Químicamente es un derivado de glutarimida, y soluble en agua. Inhibe la biosíntesis de proteínas en los r i b o s o m a s 80S de los organismos eucarióticos, imposibilitando las reacciones de iniciación y elongación, lo cual incrementa el número de monosomas entre los polirribosomas. Se desconoce el mecanismo exacto. Se emplea C. como fungicida para controlar las manchas de las hojas del cerezo, enfermedades del césped y el mildíu polvoriento de la rosa.

que cataliza la inserción de un átomo de oxígeno en el ácido cinámico formando ácido 4-hidroxicinámico (ácido 4-cumárico), con oxidación concomitante de una molécula de NADPH, una de las primeras reacciones en la biosíntesis de Flavonoides (véase). La enzima es un sistema de citocromo P450, asociado a la f r a c c i ó n microsomal, y es específica para el isómero trans del ácido cinámico. Durante la hidroxilación, se mantiene el hidrógeno de la posición 4 (experimentalmente, tritio en esta posición), es decir, hay un desplazamiento NIH (véase). In vitro, se necesita un tiol, p.ej. 2-mercaptoetanol, para la actividad. [P.R. Rich & C.J. L&mbEur. J. Biochem. 72 (1977) 353-360], Cinchona, alcaloides de (Cinchona alkaloids): grupo de unos 30 alcaloides de la corteza de árboles tropicales, especialmente Cinchona succiruba. Se incluyen entre los alcaloides indólicos por sus precursores, aunque los representantes principales tienen una estructura de quinolina. La corteza seca de cinchona contiene 7-10% de alcaloides, el principal de los cuales es la Quinina (véase), que representa el 5-7%; alcaloides secundarios son quinidina, epiquinina

flnO* r^Tn* H Triptamina

H i

i

Unidad iridoide de C, 0

Tipo cartolina

Cicloheximida Cinchonamina

Ciclo HSK (HSK cycle): abrev. de Ciclo de Hatch-Slack-Kortschak. Ciclopenasa (Cyclopenase): véase Viridicatina. Ciclopentanoperhidrofenantreno (Cyclopentanoperhydrophenanthrene): véase Esteroides. cIMP: abrev. de 3',5'-monofosfato de inosina cíclico (véase fosfatos de Inosina). Cinámico, 4-hidroxilasa del ácido (Cinnamic acid 4-hydroxylase) (EC 1.14.13.11): monooxigenasa de función mixta, presente en vegetales, 134

Compuesto I

A, * Átomos de C correspondientes

Biosíntesis de los alcaloides de Cinchona

Cinética enzimàtica

y epiquinidina. Otros A.C. importantes son cinchonina, M 294,40, p.f. 264°C, [a] D +224° (alcohol), y sus estereoisómeros, y cinchonamina, Mt 296,40, p.f. 186°C, [a]* 1 (c = 0,66 en metanol). A diferencia de los A.C. mencionados, la chinchonamina tiene una estructura indólica en vez de quinolínica. Los extractos de chinchona, como quinina y quinidina puras, tienen muchas aplicaciones médicas, especialmente contra la malaria. Biosíntesis: El anillo de quinolina se sintetiza a partir de triptófano, vía triptamina, y el núcleo de quinuclidina, a partir de compuestos iridoides. La cinchonamina se sintetiza a partir de compuestos de tipo carbolina por escisión del anillo C y reacción del átomo de N con la cadena lateral para del anillo D, seguido de oxidación del grupo alcohol primario, hidroxilación y apertura del anillo indólico (compuesto I, Fig.). C i n c h o n a m i n a (Cinchonamine): véase alcaloides de Cinchona. Cinchonina (Cinchonine): véase alcaloides de Cinchona. 1,8-Cineol (1,8-Cineole), eucaliptol: principal componente oleoso del aceite de eucaliptus. Mr 154,25, p.f. +1,3°C, p.e. 176-177°C, p M 0,9267,' 1,455-1,460. Se usa en jarabes para la tos.

1,8-Cineol

Cinesina (Kinesin): proteína soluble del axoplasma de los axones gigantes del calamar. Mt aparente 600.000. En presencia de imidodifosfato de adenililo, análogo no hidrolizable del ATP, se une fuertemente a los microtúbulos, pero el ATP la separa de ellos. Parece estar formada por subunidades de Ai 110.000, 70.000 y 65.000. En el cerebro bovino se han aislado polipéptidos con propiedades de unión similares, de M 120.000 y 62.000. En presencia de ATP, la C. hace que los orgánulos axoplásmicos se muevan a lo largo de los microtúbulos, unidireccionalmente, desde los extremos negativos a los positivos. (En los axones del nervio, los microtúbulos están orientados g e n e r a l m e n t e con sus e x t r e m o s negativos apuntando hacia el cuerpo celular y sus extremos positivos hacia la terminal del nervio). Recien-

temente se ha demostrado que hay otro factor soluble en el axoplasma que induce el movimiento de los orgánulos en dirección contraria; el movimiento inducido por este factor se diferencia del inducido por la C. por su sensibilidad a la Netilmaleimida y al ion vanadato. [R.D. Vale, T.S. Reese & M.P. Sheetz Celi 42 (1985) 39-50; R.D. Vale et al., Celi 43 (1985) 623-632], Cinética enzimàtica (Enzyme kinetics): tratamiento matemático de las r e a c c i o n e s catalizadas por enzimas. Los experimentos cinéticos y la evaluación de los datos obtenidos (véase evaluación de los Datos cinéticos) proporcionan mucha información sobre los mecanismos de reacción. Un experimento cinético consiste en medir la velocidad de desaparición del sustrato, o de la aparición del producto, en condiciones controladas de temperatura, pH, concentración del sustrato y de las enzimas, tampones, etc. La representación gráfica más sencilla de los datos es una curva de progreso, representación de A[S] en función del tiempo (donde [S] es la concentración del sustrato). Generalmente es importante conocer la velocidad instantánea v = d[S]/dt, que puede no ser fácil determinar a partir de la curva de progreso. En este caso, es útil la expresión integrada de la velocidad, o progreso de la formación de producto. La actividad de una enzima se expresa como la cantidad de sustrato consumida (o producto formado) en un tiempo dado. En 1961, el Comité de Nomenclatura de la Unión Internacional de Bioquímica recomendó el uso de la Unidad (U), que es la cantidad de enzima necesaria para transformar 1 micromol de sustrato por minuto en condiciones estándar; con el cambio al Sistema Internacional, en 1972 recomendaron el catal, cantidad de enzima que transforma 1 mol de sustrato por segundo. Esta unidad es muy grande, de forma que en la práctica se usa el micro-, nanoy picocatal. La actividad específica se da en U/mg o cat/kg. La cinética más sencilla es la de las Enzimas de sustrato único (véase), denominada de primer orden. La ecuación de velocidad de tales reacciones, unimoleculares o pseudounimoleculares, es v = - d[S]/dt = k [S]. La reacción se caracteriza por una vida media t |/2 = ln 2/k = 0,693/k, donde k es la constante de velocidad de primer orden. El tiempo de relajación, o tiempo 135

Cinética enzimàtica

necesario para que [S] descienda hasta (1/e) veces su valor inicial, es 1 . 1 = 1/k = t¡/2/ln 2. Cuando en una reacción hay más de un sustrato (véase Enzimas multi-sustrato), la cinética puede ser de segundo orden (o de pseudo-segundo-orden. Véase notación abreviada de Cleland). La ecuación de una reacción de segundo orden es A + B ^ P , donde es la constante de velocidad bimolecular, y v = k2 [A] [B], Todas las reacciones químicas son reversibles y eventualmente alcanzan un equilibrio en el que las velocidades de reacción en ambos sentidos son iguales, momento en el que A + B^-P, donde k, es la velocidad de la reacción directa1 y k2 la de la inversa. La constante de equilibrio es K=

[P] [A] [B]

=

k, k2

El tratamiento de Michaelis-Menten de la C.e. asume que la enzima y el sustrato se unen transitoriamente formando un complejo enzimasustrato, que se puede escindir a sustrato o a producto. E + S ^ t E S ^ Í E + R Durante un corto período de tiempo se puede asumir que la velocidad del cambio en [ES] es pequeña comparada con el cambio en [S] (aproximación del estado estacionario), ya que la velocidad a la que se forma es igual a la velocidad a la que se transforma. Se deduce que

[E][S] =

(k2 + k3)

[ES] = K [ES],

k, donde K m es la constante de Michaelis. La ecuación de Michaelis-Menten para la velocidad inicial de la reacción (cuando P = O) es

l+VfS]

K

m+[S]

Los valores Km y Vmáx se llaman parámetros cinéticos de una enzima (véase Parámetros cinéticos enzimáticos). La representación de la velocidad inicial en función de la concentración del sustrato no es lineal (Fig.), de manera que es difícil estimar los parámetros cinéticos a partir de ella (excepto por análisis con ordenador). 136

Representación de la velocidad inicial en función de la concentración del sustrato, denominada también curva característica. 1 es una hipérbola de Michaelis-Menten; 2 es una gráfica sigmoidea característica de una enzima cooperativa. Para las transformaciones lineales, véase evaluación de los Datos cinéticos.

En los tratamientos expresados hasta ahora se ha supuesto que la reacción inversa se puede despreciar. Las reacciones catalizadas por muchas enzimas son esencialmente irreversibles, o los productos se transforman inmediatamente en una reacción posterior, de manera que el supuesto de la irreversibilidad es válido. Sin embargo, si la reacción es reversible, la ecuación de Michaelis debe ser modificada. Haldane ha sugerido una nomenclatura en la que Vf y Vr son las velocidades máximas en las direcciones directa e inversa, y KmS y KmP las constantes de Michaelis para el sustrato y el producto. La relación de Haldane para un sistema con un solo sustrato y un solo producto es entonces Kcq = V^K^A^K^. Las Enzimas multi-sustrato (véase) catalizan reacciones de dos o mas sustratos y pueden formar varios complejos diferentes con uno o ambos sustratos y/o productos, que se denominan especies enzimáticas. El orden en que se forman estas especies puede ser al azar u ordenado. La notación abreviada de Cleland (véase) es una forma conveniente de representar las posibilidades. La cinética de tales reacciones se hace extremadamente complicada; las redes enzimáticas (ver Gráficos enzimáticos) permiten resumirlas. Para evaluar los datos cinéticos de tales sistemas se debe recurrir al ordenador. Además, la información obtenida de experimentos del estado-estacionario puede no ser suficiente. Se han usado diversos métodos de medida muy rápida para investigar la condición de pre-estadoestacionario de las reacciones, incluyendo los métodos de flujo interrumpido (stopped flow), de

L-Cisteína

salto de temperatura (temperatura jump) y de relámpago (flash). Cinetina (Kinetin): 6-furfurilaminopurina, sustancia modelo de las citocininas. En conjunción con otros factores, como las auxinas, induce la reanudación de la división celular en los tejidos en reposo de las plantas. Influye en el metabolismo de ácidos nucleicos y proteínas de la planta. Además de otros muchos efectos fisiológicos, previene el amarilleamiento de las hojas aisladas y promueve la síntesis proteica en el lugar de su aplicación. Se obtiene por hidrólisis del ácido desoxirribonucleico; la 2-desoxirribosa del DNA proporciona el residuo furfurilo. También se obtiene sintéticamente a partir de 6-mercaptopurina y furfurilamina.

0 J>—CHJ—NH

I

Y^ì)

N H

Cinetina

Cinetoplasto (Kinetoplast): estructura de la base del único flagelo del tripanosoma (onanismo unicelular). Tiene gran afinidad por los colorantes básicos, y se observó por primera vez a comienzos de este siglo por microscopía óptica. La microscopía electrónica muestra que es una estructura discoidal situada en la matriz de la única mitocondria de la célula. Es de interés bioquímico porque contiene una forma inusual de DNA altamente catenado, conocido como DNA del cinetoplasto (kDNA). Véase Catenano.

Acetato de ciproterona

Cinetoplasto, DNA del (Kinetoplast DNA): véase Catenano. Cininas (Kinins): véase Citocininas. Ciproterona, acetato de (Cyproterone acetate): 17a-acetoxi-6-cloro-1 a,2oc-metilenopregna-4,6-dieno-3,20-diona, esteroide antiandrógeno derivado del pregnano. Contrarresta los efectos de la hormona sexual masculina testosterona, y se usa en casos de hipersexualidad («castración hormonal»). Circulación enterohepática (Enterohepatic circulation): véase ácidos Biliares. Cisplatino (Cisplatine), diaminodicloroplatino, cis-DDP: fármaco antitumoral que contiene platino, autorizado por primera vez en 1979, y en la actualidad (1986) uno de los agentes quimioterapéuticos contra el cáncer más ampliamente usados. Es especialmente eficaz en el control de tumores testiculares, y componente común de combinaciones de fármacos contra otros tumores, especialmente de tumores oválicos. Sus efectos secundarios serios incluyen nefrotoxicidad y neuropatía periférica que ha causado incapacidad permanente a algunos pacientes. Se cree que la diana celular del C. es el DNA o la cromatina. [D.C.H. McBrien andT.F. Slater eds.,Biochemical Mechanisms of Platinum Antitumor Drugs (IRL Press, Oxford, 1986)].

"

3

" \

PUH) H3N/

N

CI

Cisplatino Cistationinuria (Cystathioninuria): véase Errores congénitos del metabolismo. L-Cisteína (L-Cysteine), abrev. Cys: ácido L2-amino-3-mercaptopropiónico, HS-CH 2 CH(NH2)-COOH, aminoácido proteinógeno que contiene azufre, y compuesto central del metabolismo del Azufre (véase). Mr 121,2, p.f. 240°C (d.), [CX]2d5 +6,5° (c = 2 en HCÍ5 N). A pH neutro o alcalino, las soluciones de Cys se oxidan al aire a L-cistina. La Cys desempeña también un papel importante en las reacciones redox del organismo. En las proteínas, el grupo tiol -SH o el enlace disulfuro -S-S- de la cistina pueden ser muy importantes para la estructura terciaria y/o la actividad enzimàtica. Se sintetiza Cys durante la asimilación del Sulfato (véase), o a partir de Metionina (véase) 137

Cisteína sulfúrico, ácido

Asimilación del sulfato (véase)

S O I (excretado por animales)

SO, + Piruvato

"OOC-C-CH2-SO;

II 0

ß-Sulfinilpiruvato

t

0 II

1

I NHj Proteínas L-Met¡onina (véase)

H3N-CH2-CH2-SH

Cisteamina

"OOC-C-CH2-SH

II o

2

II 0

Ácido cisteinsulfínico

1 ?

"OOC-CH—CH2—S

I •

NH3

II

—0" H3N-CH2-CH2-SO¡

O

Hipotaurina

Ácido cisteico

ß-Mercaptopiruvato Coenzima A

-S-

H3N — C H 2 — C H 2 — S O 3 -

Piruvato + Azufre

Taurina

HOCH2-CH2-SO"3

Ácido isetiónico (en tejido nervioso)

Ácidos biliares (véase) "OOC-C-CH2-SO;

Ácido ß-sulfopiruvico OH

Fosfato de dihidroxiacetona

1

OHC-CH-CH2-

so;

OH OH I H I O H C - C - C - C - C H I H OH

^

Sulfolactaldehído

OH I - C H H

2

- S O

3

6-Sulfoquinovosa

Figura 1. Posición de la L-cisteína en el metabolismo.

por Transulfuración (véase) (Fig. 2). Es presumiblemente precursor de aminoácidos no proteinógenos que contienen azufre. Se degrada por reducción u oxidación (véase Fig. 1), siendo generalmente los productos finales compuestos de azufre oxidados como taurina, NH 2 -CH 2 -CH 2 SO3H. Cisteína sulfínico, ácido (Cysteine sulfinic acid): véase Cisteína. Cisterna sintasa (Cysteine synthase): véase asimilación de Sulfato. L-Cistina (L-Cysime),dicisteína: 3,3'-ditiobis(ácido 2-amino-propiónico), dímero de cisteína formado por oxidación del grupo -SH a un disulfuro -S-S-. Ai 240,3, p.f. 258-261°C (d.), [a]£ -232° (c = 1 en HC1 5 N). En las proteínas, los Puentes disulfuro (véase) están formados por 138

L-Metionina Metionina adenosiltransferasa PP; + P¡ (EC 2.5.1.6) S-Adenosil-L-metionlna I Metiltransferasa \ (EC 2.1.1. ) S-Adenosil-L-homocistelna Adenosilhomocisteinasa (EC 3.3.1.1) L-Homocisteína Ser Cistationina ß-sintasa H,0 (EC 4.2.1.22) ATP+H2O

I

Transferencia H , 0

Figura 1. Mecanismo de acción de los sistemas de citocromo P450. arriba: notación de Cleland, mostrando el orden de unión y eliminación de sustratos y productos. abajo: Transferencia de electrones al oxígeno y sustrato vía C.P450 reductasa y C.P450.

Citocromo P450 Tabla. Reacciones catalizadas por el Citocromo

P450.

1. Hidrvxilación de compuestos aromáticos, p.ej. ácido salicilico, fenobarbital, acetanilida, estrógenos sintéticos y naturales, difenilo.

oc -

HO-^^v-^/COOH

,-COOH

OH

OH

Ácido salicilico

2. Hidroxilación de compuestos alifáticos, p.ej. pentobarbital, antipirina, tolbutamida, imipramina.

H N — CO

HN—CO

0=C Pentobarbital ^ i r X C H - C H , — CH,-CH, HN — C O | CH 3

3. O-Desalquilación,

0

= C C ^ H U O CH-CH2-CH-CH3 CH 3

OH

p.ej. fenacetina, griseofulvina, codeina.

NH-CO-CH,

NH-CO-CH, N-Acetilp-aminofenol

Fenacetina OC2H6

OH

4. N-Desalquilación,

p.ej. aminopirina, clorpromacina, efedrina, morfina. ,CH,

f

IL/

CH.

«

jj

. . . . Aminopinna

V . :\ CH3

>

/

Monometil-4aminopirina

CH 3

5. S-Desalquilación,

f \ - u

\

H

/ ^

+ HCHO

V A CH3 CH 3

p.ej. 6-metilmercaptopurina, metiltiobenciltiazol, dimetilsulfuro.

CH,3

• i

s

N 6-Metilmercaptopurina

SH

-

w

6-Mercaptopurina

•

HCHO

6. N-Oxidación, p.ej. 2-acetilaminofluoreno, nicotinamida, trimetilamina, guanetidina, clorpromacina.

NH-CO-CH,

2-Acetilaminofluoreno

CO-CH3

N-Hidroxi-2-acetilaminofluoreno

141

Citocromo P450 7. Deshalogenación, CF3—CHBrCl

Paso

p.ej. halotano, tetracloruro de carbono, DDT, triyodotironina.

> CF3-COOH

Halotano

+ Br" + CI"

Ácido trifluoroacético

8. Sulfoxidación,

(CH2)3

p.ej. clorpromacina.

Clorpromaclna

N(CH3)2

N(CH3)2

9. Oxidación de fosfotionato,

p.ej. paratión.

C2H5

OjN

// // \ X V - O - 1P? = S !

OjN

'/

OC2H5

\

1

0-P=0 I

OC2H5

Paratión

10. Desaminación,

V

—-

p.ej. anfetamina, efedrina.

Vch2-CH-NH2 ch

Anfetamina

11. Epoxidación,

OC2H5

(/

3

\

ch

2

—c—ch

Fenilacetona

p.ej. benzopireno, Aflatoxina (véase). 12

1

3

+

nh3

Citocromos

P450 • Fe»* (espín bajo)

AH (sustrato)

AOH (producto)

P450-FeJ'=0

A*H

H¡0 Pi 50- Fe a'h S>D

n a d p h — > Citocromo P450 reductasa (FAD)

Figura 2. Mecanismo de acción del citocromo P4S0. AH, sustrato. AOH, producto hidroxilado. La unión del oxígeno a la forma Fe(II) de la hemoproteína, seguida de la descolocación de un electrón, es una etapa esencial en todas las reacciones de oxigenasas Fe-dependientes, y en la unión del oxígeno a hemoproteínas transportadoras, como la hemoglobina.

responsable de la escisión de la cadena lateral del colesterol (EC 1.14.15.6) (véase Esteroides) se encuentra en la membrana mitocondrial interna. [B. Walther et al. Arch. Biochem. Biophys. 254 (1987) 592-596], El hígado de mamíferos contiene una superfamilia de C.P450 con especificidades de sustrato solapadas, responsable de la conversión oxidativa de diversos metabolitos endógenos (p.ej. biosíntesis de ácidos biliares) y xenobióticos en compuestos más polares. Los últimos se excretan más fácilmente, solos o conjugados con sulfato o glucuronato. Las reacciones catalizadas por los C.P450 se indican en la Tabla. Los C.P450 están también implicados en el metabolismo de los ácidos grasos, en la biosíntesis de prostaglandinas, leucotrienos, esteroides, 1,25-dihidroxivitamina D 3 y en otros muchos procesos endógenos. La oxidación de algunos xenobióticos mediada por C.P450 los puede convertir en tóxicos o carcinogénicos, p.ej., Aflatoxinas, Estragol, y Safrol (véanse) se convierten en carcinógenos. Los hidrocarburos policíclicos y policíclicos halogenados también se hacen carcinogénicos

por acción de los C.P450 (véase la Tabla, y la Teoría de la región-bahía de la carcinogénesis). La administración de un xenobiótico a un animal promueve la síntesis hepática del C.P450 apropiado. Así, la ingestión de fenobarbital causa incremento del contenido del C.P450 hepático en ratas, principalmente incremento del C.P450b, altamente específico para la hidroxilación de fenobarbital. Por otra parte, una especie diferente (C.P450c), específico para la epoxidación de hidrocarburos policíclicos, es promovida por la administración de benzopireno o metilcolantreno. El isosafrol promueve la síntesis de C.P450d. En estos estudios de estimulación, se incrementan varias clases de C.P450, pero generalmente un tipo aumenta más que los otros. Por el contrario, el Aroclor (una mezcla comercial de hidrocarburos policíclicos halogenados altamente carcinogénica) causa un aumento de hasta 40 veces de los C.P450b, c, d y e hepáticos, con poco o ningún efecto sobre el C.P450a y otras clases menores. La estimulación de la síntesis de los C.P450 se produce al nivel de la transcripción, y se han identificado diferentes receptores citosólicos para benzopireno, dioxina, isosafrol y 3-metilcolantreno. La analogía con el modo de acción de las hormonas esteroides es sorprendente, aunque debe recordarse que la existencia de receptores citosólicos de esteroides in vivo es dudosa [J. Gorski et al. Molec. Cell. Endocrinol. 36 (1984) 11-15], Los receptores citosólicos son probablemente artefactos de la ruptura celular, y se cree que los receptores de esteroides sólo están en el núcleo. Esto se puede aplicar también a los receptores citosólicos de sustratos de los C.P450. [S.K. Yang et al. Science 196 (1977) 1199-1201; D. Pfeil & J. Friedrich Pharmazie 40 (1985) 217221; J. Friedrich & D. Pfeil Pharmazie 40 (1985) 228-232; H.V. Gelboin y P.O.P. Ts'o (eds.) Polycyclic Hydrocarbons and Cáncer Vol. 1, Environmental Chemistry and Metabolism (Academic Press, 1978); S. Arnoldetal. Biochem. J. 242(1987) 375-381], Citocromos (Cytochromes): grupo de proteínas hemo, que actúan como catalizadores redox ligados a partículas en la respiración, la conservación de energía, la fotosíntesis y algunos procesos de bacterias anaeróbicas. Aceptan y donan electrones por cambios de valencia reversibles del átomo de hierro del centro de su complejo porfirínico: 143

Citocromos

Fe5+

+e~ ^

hierro(II). De los c i t o c r o m o s de la c a d e n a respiratoria, es el de menor potencial redox, encontrándose, por tanto, entre la ubiquinona y el C.c. El C.b está unido firmemente a la membrana mitocondrial, de la que sólo se puede extraer con detergentes. Es una proteína dimérica (A/ 60.000) con 1 grupo hemo por monómero. Su átomo de hierro central, como el del C.c, no es autooxidable y no reacciona con CO ni con cianuro. Se ha informado de que el C.b existe en dos formas, C.bK y bv con diferentes potenciales de redox. Se cree que el C.bT interviene en la transferencia de energía durante el transporte electrónico.

Fe2+

La importancia de los C. se deduce de su antigüedad, más de 2 mil millones de aftos, y sus estructuras sólo se han modificado ligeramente por mutaciones puntuales. Se encuentran en todos los organismos. Según sus estructuras y sus espectros, especialmente las bandas a , (i y y, los C. se clasifican en tres grupos principales, a, b y c. Se conocen unos 30 C. diferentes, que se distinguen por subíndices, p.ej. C.br Los tres tipos se e n c u e n t r a n en las m i t o c o n d r i a s de plantas superiores y animales, donde son componentes esenciales de la Cadena respiratoria (véase).

Otro C.b es el C.b5 de la fracción microsomal de hígados de mamíferos y aves, que se cree dona electrones al sistema de desaturación de ácidos grasos del retículo endoplásmico. El grupo hemo se encuentra unido no covalentemente a la proteína a través de histidina, y no reacciona con Or También protege la molécula de C.6 S de la desnaturalización y ataque proteolítico. El C.b5 solubilizado por tratamiento con detergentes es un oligómero (Ai 120.000) de varios monómeros (Mr 16.000, 126 a m i n o á c i d o s ) , m i e n t r a s q u e solubilizado por tratamiento con proteasas o

El complejo citocromo a/a 3 es idéntico a la Citocromo oxidasa (véase). Por sus espectros de absorción y su comportamiento en presencia de inhibidores, algunos investigadores creen que hay dos componentes, a y av pero parece que son parte de la misma molécula proteica. Otros piensan que es un C. que oscila entre dos configuraciones muy diferentes. El grupo prostético del citocromo b es el mismo que el de la hemoglobina, protoporfirina IX-

-1 1

Ala S e r -

• -Gly -

m

10

-Gly

Phe-

14

17

•-Cys —

CysHis

ni o

20 —

Lys - Gly

-HemoJ

r f f l 30

Pro - Leu - Gly

-Arg

40

Gly

Gly

Tyr -

50

bdJ

- AlaAsn -

-

60 -Trp-

Región constante

70

80

Tyr Leu - AsnFroLysLysTyr lie ProGlyThrLysMet - Phe - G l y —

LH Lys

90

Arg -

100

104

Figura 1. Estructuras primarias del citocromo c de 40 especies (13 mamíferos, 5 aves, 2 reptiles, 1 anfibio, 5 peces, 1 molusco, 4 insectos, 5 plantas superiores, 4 hongos). Se indican los nombres de los 35-37 residuos invariables (en citocromos que contienen respectivamente 104 y 112 residuos. El número de aminoácidos distintos que se han encontrado en cada posición se indican por la altura de la columna. 144

Citocromos

lipasas tiene solamente 82-98 aminoácidos, dependiendo de la especie. Se conocen las secuencias de estos fragmentos. Tienen 50% de a-hélice y 25% de estructura p. Otros C.b,3 son los C.b... 562 solubles de Escherichia coli (110 aminoácidos, M 12.000, con secuencia y unión al hemo similares a las de la mioglobina), con el potencial redox más alto de los C.b conocidos; y el C.b6 y el C.b¡¡9 de los grana de cloroplastos de plantas superiores. Éstos sólo se pueden solubilizar por tratamiento combinado con el detergente Tritón X-100 (0,1%) y urea 4 M, obtienéndose en forma disgregada. Ambos son parte de la cadena de transporte electrónico fotosintética. Los C.b¡ b2, de Escherichia coli y levaduras respectivamente, son tetrámeros con actividad de deshidrogenasa. El Citocromo P450 (véase), una oxidasa mitocondrial de función mixta, también pertenece al grupo C.b. El término P450 se refiere al inusual máximo de absorción del complejo-CO a 450 nm. Este C. está implicado en diversas reacciones de hidroxilación de esteroides en la corteza suprarrenal y es grupo prostético de la monooxigenasa que elimina la cadena lateral del colesterol. La estructura del oxígeno activo sobre el C.P450 es desconocida. Tiene un volumen específico parcial inusualmente alto, 0,765, Mx 850.000, está compuesto de 16 subunidades idénticas (M 53.000 cada una), y contiene 8 unidades de hemo. El citocromo c es el C. más ampliamente extendido y el mejor estudiado. Es un componente central de la Cadena respiratoria (véase) de las

CH 2

CH2

H00C—CH2

CH2

C00H

Figura 2. Grupo prostético de los citocromos c.

mitocondrias. Por su fácil extracción y su tamaño relativamente pequeño (C.c de vertebrados, 104 aminoácidos, A/ 12.400; de plantas superiores, 111 aminoácidos, M 13.100), se ha empleado para estudios filogenéticos (Fig. 1). El grupo hemo (Fig. 2) se une a la apoproteína por dos enlaces tioéter con restos de cisteína del interior de la molécula. El átomo de hierro forma un complejo con otros dos residuos interiores, la metionina 80 y la histidina 18, que impiden al C.c nativo reaccionar con el 0 2 o con otros agentes acomplejantes de hemo, como el CO. Sin embargo, los agregados de C.c son biológicamente inactivos y autooxidables. Se disgregan y simultáneamente se reactivan por adición de urea o guanidina HC1. Todos los C.c de organismos superiores de secuencia conocida tienen /V-acetilalanina o Nacetilglicina en el extremo AMerminal. En invertebrados, hay una cadena de 7 aminoácidos como máximo en lugar del resto acetilo. Las Usinas 72 y 73 intervienen en la interacción del C.c con la citocromo oxidasa. La basicidad del C.c (PI = 10) se debe a las lisinas 27,79, 87 y 100, y a las argininas 38 y 91. Se han comparado las secuencias primarias de más de 50 C.c de especies distantes filogenéticamente (Fig. 1). La molécula está altamente conservada; 35 de los 104-112 residuos no han variado, estando la mayor parte de ellos entre las posiciones 17 y 32, y 67 y 80; la

Figura 3. Plegamiento de las cadenas polipeptídicas del citocromo c de vertebrados (104 residuos) y de dos citocromos bacterianos c2 (112 residuos) y c5S0 (137residuos). Los segmentos dea-hélice se indican por cilindros y el hemo por la placa rectangular. Los números entre paréntesis indican la numeración de la secuencia de aminoácidos del citocromo c de caballo. 145

Citoesqueleto

configuración de las cadenas de cuatro especies estudiadas, músculo de caballo, bonito, atún y Rhodospirillum, son muy similares. El importante cambio estructural de la molécula de la forma compacta de hierro(III) a la forma expandida de hierro(II) es inusual. Algunas de las características estructurales del C.c, como las amplias regiones helicoidales presentes solo en los extremos Nterminal y C-terminal, son compartidas por los C.c2 y C.c 5J0 (137 aminoácidos) procarióticos de Rhodospirillum y Micrococcus (Fig. 3). Además del clásico C.c, los eucariotas tienen otro, el C.c,, que es mayor (A/ 37.000), insoluble, y con diferente composición de aminoácidos; es parte de la citocromo c reductasa. Los C.c bacterianos son similares a los eucarióticos, pero no reaccionan con la citocromo c oxidasa de mamíferos. Se han estudiado los siguientes C.c bacterianos: C.c2 (112 aminoácidos, M 13.500, PI 6,3, de estructuras primaria y terciaria conocidas) de Rhodospirillum rubrum; C.c 3 (102, 107 ó 111 aminoácidos, estructura primaria variable, 2 grupos hemo) de Desulfovibrio y otras bacterias reductoras de sulfato; C.c, (Mr 24.000, un dimero con dos grupos hemo) y C.c5 (Ai 24.400, un dímero) de Azotobacter. El C.Cj de Pseudomonas (87 aminoácidos, Ai 10.100, secuencia conocida) es una proteína àcida; el C.cc' (monómero obtenido por tratamiento del dímero con guanidina, 125 aminoácidos, Mr 14.000, 2 grupos hemo) de Chromatium y el C.c' (127 aminoácidos, estructura primaria similar a la del C.cc') de Alcaligenes, ambas bacterias fotosintéticas; el C.c55, (82 aminoácidos, Af 9.600, secuencia conocida en 5 especies, proteína àcida), transportador de electrones para las nitrito reductasas de Pseudomonas. El C.c J53 (82 aminoácidos, M 9.600, básico, secuencia r

conocida) y el C.c555, también llamado C.c6 o C./, son componentes de las sulfuro reductasas de las bacterias sulfúreas verdes. El C./ se encuentra también en las membranas de los cloroplastos de euglena (Euglena gracilis)y en plantas superiores, donde es parte de la cadena de transporte electrónico fotosintético, junto con el C.b¡59. El C.f de espinacas (Ai 270.000) tiene 8 subunidades (Ai 34.000), de las que sólo 4 llevan grupo hemo. El C . / d e Euglena gracilis (PI 5,5, A/ 13.500) es similar funcionalmente al C.c. Revisión histórica. Los C. fueron descubiertos por Mac Munn y redescubiertos en 1925 por 146

Keilin. Otto Warburg descubrió que la respiración celular está basada en una catálisis de hierro. Citoesqueleto (Cytoskeleton): red tridimensional de proteínas fibrosas del citoplasma, que proporciona soporte estructural, motilidad y andamiaje entre el cual pueden moverse los orgánulos intracelulares. Consta de tres componentes diferenciados, microtúbulos (25 nm de diámetro), microfilamentos (6-8 nm de diámetro) y filamentos intermedios (10 nm de diámetro). Los microtúbulos son polímeros de la proteína tubulina que, in vivo, están probablemente asociados siempre con otras proteínas, las Proteínas Asociadas a Microtúbulos (MAPs). Las funciones de los microtúbulos son diversas; forman el huso mitótico y meiótico, los cilios y los flagelos, y en los axones y dendritas, sirven de cables a lo largo de los cuales los orgánulos se mueven gracias a la cinesina y al todavía innominado translocador retrógrado [R.D. Valeeí al. Cell (1986) 43 623-632]. Se supone que microtúbulos con diferentes funciones están asociados con MAPs diferentes. Además, las tubulinas constituyen una familia de proteínas relacionadas, producto de varios genes. Aunque la secuencia de aminoácidos se ha conservado en gran medida a través de la evolución de los metazoos, se ha producido una divergencia entre los distintos genes de tubulina de la misma especie, los cuales se expresan diferencialmente durante el desarrollo. Las tubulinas han sido fáciles de aislar y purificar porque se unen específicamente a colchicina. La tubulina nativa es un dímero de subunidades a y (3, cada una de M 50.000. Las regiones C-terminales de ambas subunidades son muy acídicas; los últimos 40 residuos de aminoácidos de la subunidad a incluyen 16 Glu y 3 Asp. El dímero de tubulina contiene 2 nucleótidos de guanosina unidos. Uno de ellos, en el lugar E, se intercambia fácilmente con GTP exógeno, pero el otro, en el lugar N, no lo hace. Tras la polimerización, ninguno de los lugares tiene intercambios con el medio. El bloqueo o la oxidación de los grupos SH de la tubulina impide el ensamblaje de los microtúbulos in vitro. A concentraciones relativamente altas, los dímeros de tubulina purificada polimerizan in vitro, y pueden hidrolizar GTP. La polimerización requiere GTP, Mg2+ y EGTA para quelar Ca2+, y sólo se realiza a 35°C; el frío despolimeriza los microtúbulos. En presencia de MAPs, la

Citoesqueleto

polimerización se realiza a menor concentración de tubulina, y los microtúbulos resultantes son más estables. Aunque la tubulina tiene actividad GTPásica, y aunque se produce hidrólisis de GTP cuando se ensamblan los microtúbulos, la adición de dímeros de tubulina al polímero no requiere hidrólisis de GTP, el cual parece que se hidroliza después de la incorporación del dímero al polímero. Cerca del extremo plus se forma una región de dímeros GTPtubulina; algo más atrás los dímeros llevan GDP en el lugar E. Los dímeros liberados en el extremo minus llevan unidos un GTP y un GDP. Parece probable que la hidrólisis del GTP estabiliza al polímero. El ensamblaje de los microtúbulos es asimétrico. En un extremo, extremo plus (+) o de adición, los dímeros de tubulina se asocian al túbulo más rápidamente que se disocian, mientras que en el otro extremo, extremo minus (-), la disociación sucede más rápidamente que la asociación. En equilibrio, la tasa de adición de subunidades a un extremo del microtúbulo es igual a la tasa de pérdida en el otro extremo. El proceso se denomina «rueda de molino», porque los dímeros de tubulina pasan lentamente del extremo plus al extremo minus del microtúbulo. En muchas células, los microtúbulos se estabilizan anclándose, presumiblemente por el extremo minus, a los centros organizadores de microtúbulos (MTOC). Esto es así en el axón de las neuronas y en los microtúbulos polares y mitóticos, pero los microtúbulos del cinetócoro parecen estar unidos a él por sus extremos plus. Esto se determina decorando los microtúbulos con Dineína (véase) o láminas de protofilamentos en forma de C en condiciones apropiadas. Las MAPs se pueden definir como proteínas con lugares de unión específicos para tubulinas. No se sabe si la dineína, cinesina y el translocador retrógrado (véase Cinesina) se adaptan a esta definición, porque su afinidad por los microtúbulos puede estar mediada por otras MAPs. Las MAPs clásicas se enumeran en la tabla siguiente. Se desconocen las funciones biológicas de las MAPs; aunque promueven el ensamblaje de microtúbulos in vitro, no se ha observado que lo hagan in vivo. La MAP2 se une a filamentos de actina, gránulos de secreción, vesículas revestidas y neurofilamentos, aunque no es seguro que esta unión sea específica. Por inmunofluorescencia se

Proteína

M.

MAP,

350.000 Proyección sobre la superficie del microtúbulo 270.000 Proyección sobre la superficie del microtúbulo 70.000 Proteína asociada a la MAP2 55.000- Proteína asimétrica 62.000 54.000- Enzima asociada con la 39.000 MAP2

MAP2

Tau

Propiedades

Proteína quinasa cAMPdependiente de tipo II LMW MAPs 28.000- Cadenas ligeras de la 30.000 MAP,

ha demostrado que la MAP2 se une a filamentos intermedios (vimentina). [T.W. McKeithan & J.L. Rosenbaum en J.W. Shay, ed. The Cytoskeleton, vol. 5 de Cell andMuscle Motility (Plenum Press, New York, 1985) pp. 255-288; R.B. Vallee, ibid. pp. 289-311; D.W. Cleveland & K.F. Sullivan, Ann. Rev. Biochem. 54 (1985) 331-365], Los microfilamentos consisten en Actina (véase) y proteínas que se unen a actina. Las fibras de estrés, observadas primeramente por microscopía de campo claro, fueron reconocidas eventualmente como microfilamentos. Son haces que contienen microfilamentos con polaridades opuestas; contienen actina, a-actinina y miosina o proteína similar a miosina. En algunos dominios de las fibras de estrés se encuentran tropomiosina, filamina y vinculina. Las fibras de estrés se contraen in vitro, pero es probable que no lo hagan in vivo, sino que actúen como elementos tensores que resisten el movimiento. Su ausencia en células que se mueven rápidamente sugiere esta interpretación. Es posible que las fibras de estrés anclen la célula a su sustrato. La vinculina, Mr 130.000, no sólo está asociada con los extremos de las fibras de estrés, sino también con las placas de adhesión al sustrato y las regiones de contacto célula-célula. La Fibronectina (véase), que también interviene en la adhesión celular, es otro organizador de microfilamentos. Finalmente, las placas que se forman por entrecruzamiento de proteínas de superficie celular con anticuerpos o lectinas están asociadas a fibras de estrés. Además de ellas, los microfilamentos forman redes 147

Citoesqueleto poligonales dentro de la célula; se advierten claramente en fotografías de inmunofluorescencia de células tratadas con anticuerpos anti-actina. La filamina (Ai 250.000) entrecruza microfilamentos in vitro. La fascina y la fimbrina son proteínas que p r o m u e v e n la f o r m a c i ó n de haces de actina, mientras que la proteína gelificante de actina y la proteína de unión a actina hacen que se forme una malla irregular. [H.R. Byers et al. en J.W. Shay, ed. The Cytoskeleton, voi. 5 de Celi and Muscle Motility (Plenum Press, N e w York, 1985) pp. 83-137; D J . DeRosier & L.G. Tilney, ibid. pp. 139-169], Los filamentos intermedios (IF) son polímeros de varias proteínas diferentes, con estructuras secundarias muy similares, que forman fibras de unos 10 nm de diámetro. Se pueden aislar porque se unen específicamente a colcemida (demecolcina; véase alcaloides de C o l c h i c u m ) . La e x p r e s i ó n de estas proteínas está unida a la diferenciación de líneas celulares, cada una de las cuales tiene un complemento característico de proteínas IF cuando están completamente d i f e r e n c i a d a s . Se han r e c o n o c i d o las c i n c o proteínas siguientes como componentes de los IF: cito- (o pre-)queratinas, (de los tonofilamentos) Ai de la subunidad 40-68.000, proteínas de triple tes de neurofilamentos, Ai 68.000, 160.000 y 200.000, proteína acídica fibrilar glial, (de los filamentos gliales) Ai 51.000,desmina, Ai 53.000, y vimentina, Ai 53.500. (Los tres primeros valores de laAi de la subunidad se determinaron por SDSPAGE, mientras que los dos últimos derivan de sus s e c u e n c i a s c o n o c i d a s de a m i n o á c i d o s ) . Además de las anteriores, hay otras proteínas que pudieran ser proteínas IF, porque se unen a la colcemida, pero que no se han polimerizado in vitro: sinemina (Ai 230.000, de músculo aviar), paranemina (Ai 280.000, de músculo esquelético embrionario), una proteína de 66 kdalton (cerebro de rata, axoplasma de calamar, posiblemente idéntica a la proteína de choque térmico de 66 kd), u n a p r o t e í n a de 68 kd ( a s o c i a d a c o n los microtúbulos de cerebro y médula espinal y con las miofibrillas de músculo esquelético, idéntica a la proteína de choque térmico de 68 kd), una proteína de 95 kd (miofibrillas, IF de diversas células en cultivo), proteínas de 50 kd (neurofilamentos lábiles al frío), y proteínas de 60-70 kd, asociadas con IF en cultivos de líneas celulares.

148

Los IF forman una red de proteínas insolubles a través del c i t o p l a s m a , q u e se p u e d e r e v e l a r disolviendo las membranas con un detergente c o m o Tritón X - 1 0 0 , y p e r m i t i e n d o q u e los componentes citoplasmáticos solubles se difundan desde el citoesqueleto. Los IF se unen a las M A P s de los microtúbulos, y forman uniones extremolaterales con los microfilamentos (los extremos aguzados de los FI se unen a la actina). La actina y los IF están también unidos por filamentos de 3 nm, que pueden ser de espectrina (fodrina). En condiciones patológicas como la enfermedad de Alzheimer, se encuentran neurofilamentos enmarañados en las neuronas degeneradas. P o r su d i s t r i b u c i ó n en las c é l u l a s y su insolubilidad, hace tiempo que se cree que los IF tienen una función estructural. Recientemente, P. Traub ha propuesto que, además de esa función, o en vez de ella, los IF pueden tener una función nuclear. Su hipótesis se basa, en primer lugar, en la observación de que la m i c r o i n y e c c i ó n de anticuerpos contra vimentina o citoqueratinas, o ambas, hace que el sistema de I F se colapse formando un anillo denso alrededor del núcleo. Sin embargo, las células tratadas sobreviven durante varios días e incluso pueden dividirse una o d o s v e c e s , lo q u e i n d i c a q u e la f u n c i ó n estructural de los I F no es e s e n c i a l para la supervivencia celular. En segundo lugar, los I F están implicados en la endocitosis mediada por receptor, el transporte vectorial de endosomas, y en la formación de capuchas (capping) en la membrana, lo cual sucede cuando los antígenos de s u p e r f i c i e c e l u l a r se e n t r e c r u z a n c o n anticuerpos o lectinas. (La formación de capuchas precede a la internalización de los c o m p l e j o s antígeno-anticuerpo y es un paso necesario para la activación de los linfocitos). En tercer lugar, vimentina, desmina, proteína acídica fibrilar glial y las proteínas de tripletes de neurofilamentos se unen tanto al DNA de hebra sencilla como al R N A r i b o s ó m i c o . En el c a s o de la v i m e n t i n a , la t e n d e n c i a de u n i ó n al D N A d e p e n d e de su c o n t e n i d o G C . A p H neutro y f u e r z a iónica fisiológica, la vimentina se une a las histonas del nucleosoma, pero no a la histona H l . Una mezcla de las 5 histonas resistente a la hidrólisis por proteinasa activada por Ca 2+ , se hidroliza en presencia de vimentina, lo que sugiere que esta proteína podría servir para relajar la estructura de la cromatina y hacer posible la transcripción del DNA.

Cítrico, ácido

Traub establece la hipótesis de que, cuando se activa la proteinasa activada por Ca2+ asociada a los IF, convierte las proteínas a una forma que no polimeriza fácilmente, pero que se une más fácilmente a las histonas. La concentración normal de Ca2+ intracelular es demasiado pequeña para activar la proteinasa, pero se sabe que las vesículas de endocitosis y otras estructuras membranosas pueden liberar Ca2+, de manera que la concentración local podría ser lo suficientemente alta como para activar la proteinasa y hacer que la proteína del IF pase de la forma fibrosa a la forma «sefial». [P. Traub, Intermedíate Filaments (Springer, Heidelberg, 1985)]. Citolipina K (Cytolipin K): véase Enfermedades congénitas del metabolismo. Citolisosomas (Cytolysosomes): véase Digestión intracelular. Citoplasma (Cytoplasm): véase Célula, 2. Citoplasmón (Cytoplasmon): el total de la información genética extranuclear de una célula eucariótica, excluyendo la que está en mitocondrias y plastidios. Citosina (Cytosine), abrev. C o Cyt, 6-amino2-hidroxi-pirimidina: una de las bases pirimidínicas del DNA y del RNA. Mt 111,1, p.f. 320325°C (d.). Se sintetiza como trifosfato, a partir de UTP, por aminación ATP-dependiente. El donante del grupo amino es la glutamina en tejidos animales y el amonio en bacterias. La C. es también componente de varios antibióticos nucleosídicos. Citosina, arabinósido de (Cytosine arabinoside): véase Arabinósidos. Citoxano (Cytoxan): véase Ciclofosfamida. Citral (Citral): aldehido monoterpénico doblemente insaturado. La mezcla de sus isómeros cis y trans es componente de muchos aceites esenciales. C.A, trans-citral, geranial: M 152,24, p.e.12110-112°C, p M 0,8898, «¿7 1,4894; C.B, ciscitral, neral: p.e.,2 102-104°C, p20 0,8888, 1,4891. El C. es componente de mezclas complejas de feromonas de insectos. Cuando se calienta se convierte en isocitral, y en la luz se cicla a foto-

trans-Citral

cis-Citral

citral A. La conversión de C. en pseudoionona con acetona es importante como primera etapa de la síntesis industrial de vitamina A. Es el más importante de los monoterpenos alifáticos en las industrias de perfumería y alimentación. Citrato, ciclo del (Citrate cycle): véase ciclo de los ácidos Tricarboxílicos. Citrato, enzima condensante de (Citrate condensing enzyme): véase Citrato (íi')-sintasa. Citrato, enzima de escisión de (Citrate cleavage enzyme): véase ATP citrato (pro-3S)liasa. Citrato liasa (Citrate lyase): véase ácido Cítrico. Citrato (ííj-sintasa (Citrate (si)-synthase), enzima condensante de citrato, citrogenasa (EC 4.1.3.7): enzima del ciclo TCA que cataliza la síntesis de citrato a partir de oxalacetato y aceti 1coenzima A en una condensación aldólica. La C. de Escherichia coli (Mr 248.000) consta de 4 subunidades (Ai 62.000); la de corazón de credo o de rata (M 98.000) consta sólo de 2 subunidades (Mr 49.000). Cítrico, ácido (Citric acid): intermediario metabòlico fundamental, p.f. 153-155°C. Es el punto inicial del ciclo TCA. Su concentración coordina también otras vías metabólicas; a niveles suficientemente altos, activa alostéricamente la acetil-coenzima A carboxilasa (EC 6.4.1.2), enzima clave en la biosíntesis de ácidos grasos. Es también un efector alostérico negativo de la 6fosfofructoquinasa (EC 2.7.1.11 ), enzima clave en la glicólisis. El A.c. puede formar complejos con

| Acetato

Oxalacetato

Citrato CHj-COO" ATP-citrato p»| Acetil-CoA liasa C(OH)-COO" Mg CH2-COO" /ATP ADP Citrato Oxalacetato •P, Coenzima A

Escisión del citrato 149

Citrinina

diversos cationes, especialmente con hierro y calcio. En animales, el A.c. mejora la utilización del calcio en la nutrición. En bacterias, el A.c. puede hidrolizarse por la ATP citrato liasa (EC 4.1.3.8) y por la citrato pro(3S)-liasa (EC 4.1.3.6) (Fig.). Scheele •aisló A.c. por primera vez en 1784 en el zumo de limón. Se encuentra en muchas plantas diferentes, especialmente en los frutos, pero también en las hojas y en las raíces. Se produce industrialmente empleando diversos microorganismos, p.ej. Aspergillus niger, generalmente a partir de melazas, con elevado rendimiento, hasta el 60% del azúcar utilizado. El A.c. se separa del medio por precipitación como sal cálcica. Citrinina (Citrinin): véase Micotoxina. Citrogenasa (Citrogenase): véase Citrato (si)sintasa. Citronelal (Citronellal): aldehido monoterpénico insaturado, que se encuentra en sus dos isómeros ópticos y en forma de isopropilideno. M t 154,25. La forma más importante es el (+)-C., p.é. 205-206°C, [a]¿ 5 +11,5°. El C. es el componente principal del aceite de citronela y de los aceites esenciales de varias especies de eucaliptus. Es una feromona de alarma de las hormigas del género Lasius. Su tendencia a ciclarse se utiliza en la síntesis de monoterpenos monocíclicos como mentol.

CHO

(+)-Citronelal

Citrostadienol (Citrostadienol): 4a-metil-5aestigmasta-7,24(28)dien-3P-ol, un fitosterol (véase Esteróles). Ai 426,7, p.f. 162°C, [ a ] D +24° (cloroformo). Se encuentra en los aceites de la piel de pomelo y de naranja. Se considera también un triterpeno tetracíclico y es un intermediario en la síntesis de esteróles. L-Citrulina (L-CitruIIine): 7V 5 -(aminocarbonil)-L-ornitina, ácido a - a m i n o - 8 - u r e i d o valérico, H 2 N-CO-NH-(CH 2 ) 3 -CH(NH 2 )-COOH, aminoácido no proteinógeno. Mx 175,2, p.f. 220°C (d.), [ a ] " +4,0 (c = 2 en agua). Se encuentra libre en plantas y animales, y en grandes cantidades en la savia del abedul, chopo y nogal. Se sintetiza en el hígado a partir de fosfato de carbamilo y Lornitina por la ornitina carbamiltransferasa (EC 2.1.3.3). El complejo citrulina fosforilasa consiste en ornitina carbamiltransferasa y carbamato quinasa (EC 2.7.2.2) (véase fosfato de Carbamilo) y cataliza la reacción L-C. + P. + ADP ATP + ornitina + HCO~+ NH 4 + . La arginina se sintetiza a partir de L.-C. (véase ciclo de la Urea) vía el intermediario argininosuccinato, que se sintetiza a partir de L-C. y ácido L-aspártico en una reacción que requiere ATP. Wada aisló L-C. por primera vez en 1930 en el zumo de la sandía, Citrullus vulgaris. Citrulinemia (Citrullinemia): véase Errores congénitos del metabolismo. Clatrina (Clathrin): proteína asociada a las «vesículas revestidas» de la superficie de la membrana plasmática, y a vesículas de transporte asociadas con el Aparato de Golgi (véase). La C. de cerebro bovino es un hexámero de 3 cadenas pesadas (M. 180.000) y 3 ligeras; de las últimas hay dos formas, LC-A (M. 36.000) y LC-B (M 33.000) en proporción A:2B, pero parece que están distribuidas al azar entre la población de moléculas de C. La molécula tiene forma de Y. La C. purificada se reensambla en «celdas» in vitro, las cuales rodean las vesículas revestidas in vivo. Las vesículas revestidas con C. de la superficie celular captan hormonas, proteínas séricas, hidrolasas lisosomales y, p r e s u m i b l e m e n t e , muchas otras moléculas para las que la célula tiene r e c e p t o r e s e s p e c í f i c o s . L o s r e c e p t o r e s se concentran en la vesícula, antes o después de asociarse con sus sustratos. Las vesículas se separan de la membrana y en pocos minutos, se acidifica su contenido por una bomba de protones ATP-dependiente, a la vez que se desprende la C.

150

Cloranfenicol

Clionasterol (Clionasterol): (24S)-estigmast5-ene-3p-ol, zoosterol marino (véase Esteróles). Mr 414,7, p.f. 138°C, [oc]D - 4 2 (cloroformo). Se diferencia del (i-sitosterol (véase Sitosteroles) por la estereoquímica del C-24. Se encuentra en esponjas, p.ej. Cliona celata y Spongilla lacustrís. Clonación de genes (Gene cloning): véase tecnología del DNA recombinante. Clones, banco de (Clone bank): véase tecnología del DNA recombinante. Cloranfenicol (Chloramphenicol): antibiótico aislado en Streptomyces venezuelae. Mt 323. Hay cuatro estereoisómeros diferentes, de los que sólo el D(-)-treo-C. mostrado en la figura es antibiótico. Inhibe la síntesis de proteínas en los ribosomas 70S de procariotas, y también en los ribosomas mitocondriales de eucariotas, pero no en los ribosomas 80S de eucariotas. El C. inhibe la f o r m a c i ó n de enlaces peptídicos y la translocación sobre la subunidad 50S de los ribosomas, posiblemente por unión específica a una de las proteínas ribosómicas implicadas en estas reacciones; tal proteína está probablemente localizada en la región aceptor-donante del ribosoma. El C. se usa como antibiótico de amplio espectro en el tratamiento de fiebre tifoidea, paratifus, tifus exantemático, hepatitis infecciosa, disentería, malaria, difteria, viruela y gripe. Dado que inhibe la síntesis de proteínas en los ribosomas mitocondriales, es relativamente tóxico. En la actualidad se produce enteramente de forma sintética.

A diferencia de la vesículas micropinocíticas, no se fusionan inmediatamente con lisosomas, de manera que su contenido puede ser transportado a otras dianas dentro de la célula. La endocitosis necesita una transglutaminasa que entrecruza el contenido de las vesículas; la inhibición de esta enzima impide la ingestión de las proteínas. [T. Kirchhausen et al. Proc. Nati. Acad. Sci. USA 80 (1983) 2481-2485; B.M.F. Pearse & M. Bretscher Ann. Rev. Biochem. 50 (1981) 85-101], Clauberg, Test de (Clauberg test): véase Progesterona. Claviceps, alcaloides de (Claviceps alkaloids): véase alcaloides del Cornezuelo de centeno. Clavina, alcaloides de (Cíavine alkaloids): véase alcaloides del Cornezuelo de centeno. Cleland, notación abreviada de (Cleland's short notation): nomenclatura para representar los mecanismos de reacción entre varios sustratos. Los símbolos A, B, C... se usan para los sustratos; P, Q, R... para los productos; I, J... para los inhibidores; E, F, G... para las formas estables de las enzimas; EA, EAB, FB... para los complejos enzima-sustrato; (EAB), (EPQ)... para complejos intermedios de vida corta. La molecularidad (uni, bi, tri... molecular) de la reacción se determina por el número de compuestos reactantes que son cinéticamente significativos. Las formas de la enzima se escriben de izquierda a derecha, debajo de líneas continuas horizontales, mientras que los compuestos reaccionantes y los productos se indican por flechas verticales (Fig.). En los mecanismos secuenciales, todos los sustratos se asocian con la enzima antes de liberarse el primer producto. Si los sustratos deben unirse en un orden determinado es un mecanismo ordenado; si no, es un mecanismo al azar. En los mecanismos pingpong, uno o más productos se disocian de la enzima antes de que se hayan unido todos los sustratos. A

II

P

B

M

OjN

H II IjJ—c—CHCI 2

C—C—CHoOH

I I

OH H

Cloranfenicol P

Q

Q

H

E EA (EAB-EPQ) EQ Bi Bi secuencial ordenado

A

1

E

E

\

/ (EAB-EPQ) \

Ep

/

E

X—/

P

B A Bi Bi secuencial al azar B Q

T I

t

E (EA-FP) F (FB-EQ) Bi Bi ping pong

Q

P

E

Notación de Cleland 151

Clorina

Clorina (Chlorin): una de las estructuras anulares básicas de las porfirinas. La clorina es la 17,18-dihidroporfirina, según el sistema de numeración de la Comisión de Nomenclatura de Química Biológica, 1960 (véase Porfirinas). Con la introducción del término porfirina, términos de la nomenclatura original de Fischer, como clorina, porfina, forbina, bacterioclorina, etc., son ahora superfluos. Clormadinona, acetato de (Chlormadinone acetate),acetato de 6-cloro-17a-hidroxi-pregna4,6-dieno-3,20-diona: gestágeno sintético. Administrado oralmente tiene alta actividad progesterónica y se usa en anticonceptivos orales. También se usa en la cría de animales para provocar el celo y sincronizar el ciclo de la ovulación.

Acetato de clormadinona Clorocruorina (Chlorocruorin): proteína respiratoria verde que contiene hierro hemo(II), presente en la hemolinfa de algunos anélidos marinos. La de Spirographis (A/ 3 x 106, Mr de las 12 subunidades, 250.000, PI 4,3) tiene un componente hemo más similar al de la citocromo oxidasa que al de la hemoglobina. Clorocruorohemo (Chlorocruoroheme): grupo prostético hemo de las clorocruorinas,

CH=CHCOOH CH2

CH,

CH2 COOH

Clorocruorohemo 152

pigmentos respiratorios verdes de ciertos invertebrados como el anélido Spirographis. Cloroetil-colina, cloruro de (Chloroethyl choline chloride), abrev. CCC, cloruro de 2cloroetil trimetil amonio: [C1-CH 2 -CH 2 N+(CH3)3]C1~, retardante sintético del crecimiento usado para que los cereales produzcan paja más corta y gruesa y evitar que se encamen. Actúa como inhibidor en muchos bioanálisis. Como antagonista de la giberelina, bloquea la síntesis de giberelinas. 2-Cloroetilfosfónico, ácido (2-Chloroethylphosphonic acid), Etrel: Cl-CH2-CH2-PO(OH)2, regulador sintético del crecimiento. Es un generador de etileno, el cual es una hormona de maduración de los frutos. Se usa para ablandar los frutos de Prunus y para estimular la florescencia del ananás. Clorofila (Chlorophyll): pigmentos fotosintéticos verdes presentes en los Cloroplastos (véase) de todas las plantas superiores. Son complejos magnésicos de tetrapirroles y se pueden considerar derivados de protoporfirinas (véase Porfirinas). Las C. se diferencian de otras porfirinas en que 1) tienen un enlace sencillo en vez de doble entre C-7 y C-8; 2) tienen un anillo pentanona con un grupo carboxilo metilado unido al anillo III del pirrol; 3) el C-7 lleva un residuo de ácido propiónico esterificado; en la bacterioclorofila a y en la C.a, dicho residuo se esterifica con fitol (Fig. 1), y en otras bacterioclorofilas, se esterifica con farnesol (véase Bacterias fotosintéticas). El alcohol de cadena larga proporciona la cualidad cérea de la C. y hace difícil su cristalización. También proporciona un anclaje lipofílico para mantener la posición de la molécula en la membrana tilacoidal. El anillo tetrapirrólico es hidrofílico. La eliminación del Mg de la C. produce feofitina; la enzima clorofilasa (EC 3.1.1.4) hidroliza el éster de fitol o farnesol formando clorofilida, soluble en agua. La clorofilida sin metal se denomina feoforbida. Todos estos compuestos son intensamente coloreados y fuertemente fluorescentes en soluciones orgánicas estrictamente anhidras. Los espectros de absorción característicos permiten identificar y cuantificar las C. y sus derivados. In vivo, los máximos de absorción son muy distintos por estar unidas a proteínas. En las membranas tilacoidales, las C.

Clorofila

forman complejos proteicos, algunos de los cuales se pueden aislar e identificar. Sólo una parte muy pequeña de las C. de las plantas, la C.a o la bacterioclorofila a, interviene directamente en la Fotosíntesis (véase). Los centros activos, complejos de C.a, o C.au con Plastoquinona (véase), son absolutamente necesarios para el proceso primario de la fotosíntesis. Más del el 99% de la C. constituye pigmentos accesorios, igual que los Carotenoides (véase) tilacoidales, que atrapan y canalizan la luz hacia

C=0 ¿

Anillo de pentanona isoclclico

I (Cadena de fitol)

Figura 1. Clorofila a. los centros activos de los Fotosistemas I y II (véase). La Fig. 2 muestra las posibilidades de conversión de la energía electrónica que resulta de la captación de un fotón por una molécula de C. Se han hecho algunos estudios sobre la organización espacial de la C. en las proteínas de membrana. [W. Kuehlbrandt, «Three-dimensional

1 Absorción 2 Fluorescencia

Figura 2

3 4

Fotoquímica Fosforescencia

Tabla. Distribución de las clorofilas. Tipo Distribución Diferencias con la clorofila a Clorofila a Todos los organismos fotosintéticos excepto las bacterias fotosintéticas. Fig. 1 Clorofila b Todas las plantas superiores excepto la orquídea Neottia nidus avis, algas verdes (Euglenophyta, Chlorophyta) y las Charophyta. -CHO en vez de -CH3 en la posición 3 Clorofila c (Bacillariophyta, Dinophyta), algas pardas (Phaeophyta) y algunas algas rojas (Rhodophyta). Clorofila d Algas rojas. -CHO en posición C-2, en vez de un grupo vinilo Bacterioclorofila a Bacterias púrpuro-sulfúreas (Thiorhodaceae), bacterias purpúreas no sulfúreas (Athiorhodaceae) y bacterias sulfúreas verdes (Chlorobacteriaceae). 2-acetil-2-devinil-dihidroclorofila a Bacterioclorofila b Thiococcus, una cepa de Rhodopseudomonas (-CH--COOH Hx 1 NH, I * HN=C I HN-CH2—COOH [CH,]

NH-, I HN = C. I HjC —N-CH2—COOH Creatina

Glicina

Glicociamina

HN—C=0 I I -> HN=C I I H3C—N—CH; Creatinina

Crecimiento

Transamidinación (véase) de glicina a partir de arginina, catalizada por la arginina:glicina transamidinasa, formando el derivado guanidínico glicociamina (ácido guanidoacético), que se convierte en C. por transmetilación (Fig.). Creatina, fosfato de (Creatine phosphate): véase Fosfágenos. Creatina quinasa (Creatine kinase), creatina fosfoquinasa: fosfotransferasa, EC 2.7.3.2, presente en el cerebro y en el músculo. Es una enzima dimérica, Mr 82.000. Se conocen cuatro isoenzimas, compuestas de tres subunidades diferentes: M (músculo), B (cerebro) y Mi (mitocondrias). El dimero BB se encuentra en el cerebro, músculo liso y músculo esquelético embrionario. A medida que éste se desarrolla, se va cambiando gradualmente por dímeros MB y finalmente dímeros MM. La mayor parte de la C.q. es soluble, pero aproximadamente el 5% de la MM-C.q. del músculo está en la línea M (véase proteínas del Músculo). La MiMi-C.q. se encuentra en el lado externo de la membrana interna de las mitocondrias, acoplada a una ADP/ ATP traslocasa. La C.q. cataliza la formación de ATP a partir de ADP y fosfato de creatina en una reacción revesible dependiente de Mg(II) o Mn(II). La contracción del músculo es ATP-dependiente, y en contracciones prolongadas el nivel de ATP se mantiene alto gracias a la reacción de la C.q. El músculo «quema» fosfato de creatina, que se encuentra en grandes cantidades en él, evitando la acumulación de protones (liberados en la hidrólisis de ATP) en el sarcoplasma. La C.q. inmovilizada en la línea M del músculo es suficiente para mantener el nivel de ATP durante la contracción vigorosa. Se cree que el 95% restante de C.q., que es soluble, permite restituir rápidamente el suministro de fosfato de creatina después de un período de agotamiento. De manera similar, la MiMi-C.q. de las mitocondrias hace posible la conversión eficaz del ATP mitocondrial en fosfato de creatina. [T. Wallimann & H.M. Eppenberger en Celi and Muscle Motility 6 (J. Shay, ed.) (Plenum Press, New York & London, 1985) pp.239-285]. Cuando se lesiona el músculo esquelético o el cardíaco aumenta la C.q. sérica, portante, se utiliza para el diagnóstico precoz del infarto cardíaco. La detección de la emaciación muscular y para distinguir el infarto miocàrdico del embolismo pulmonar, en el cual, no se produce aumento de la C.q. sérica. En los múculos de los invertebrados el fosfato de creatina se reemplaza por otros fosfatos ricos

en energía; véase Fosfágenos. La producción de ATP es catalizada por fosfotransferasas homólogos de la C.q. Crecimiento (Growth): incremento irreversible en la masa de material viviente, generalmente acompañado por un incremento del tamaño de una célula u organismo, así como por el incremento del número de células. El C. bacteriano se mide por el incremento del material celular total, del número de células o de ambos (véase Cultivo de microorganismos); no existe necesariamente una relación estricta entre el número de células y la masa celular (véase Técnicas de fermentación). En fisiología vegetal es importante distinguir entre crecimiento por división celular y crecimiento por alargamiento celular. En el alargamiento celular, la célula toma grandes cantidades de agua y la pared celular se extiende físicamente a lo largo de la célula. Este fenómeno es especialmente aparente en la aparición repentina de cuerpos fructíferos de hongos, la apertura de las flores y en el empuje de los brotes. El número total de células en suspensiones celulares se determina microscópicamente en una cámara de contaje o con la ayuda de un filtro de membrana. La masa celular se determina directamente por el peso seco o el peso fresco (material seco + agua celular). Otro parámetro adecuado para la determinación del material celular total es la cantidad de proteína y el contenido total de nitrógeno. La concentración de células en suspensión se puede medir indirectamente por la absorción de luz, es decir, por la turbidez (500-600 nm en un espectrofotómetro convencional) o por la dispersión de luz, es decir por nefelometría. Tales métodos deben ser calibrados por comparación con uno de los métodos absolutos de contaje de células o de determinación de masa. Puede haber diferencia entre el contaje celular total y el contaje de células viables, es decir, algunas células pueden estar muertas. El contaje de células viables en cultivos bacterianos se determina sembrando diluciones adecuadas del cultivo sobre medio sólido y contando el número de colonias que se forman después de incubación. Además de un aporte correcto de nutrientes, el crecimiento bacteriano depende del pH, la temperatura y la presión osmótica del medio de cultivo, y del grado de aireación (aerobios) o de la total anaerobiosis (anaerobios). Ciertas sustancias químicas causan inhibición del crecimiento dependiente de la concentración. En bacteriología, estas sustancias se clasifican en 181

Crecimiento, curva de

bacteriostáticas y bactericidas. Las primeras inhiben el crecimiento, pero tras su eliminación se reanuda el crecimiento. Las bactericidas matan las bacterias. Los mecanismos subyacentes de la inhibición del crecimiento son muchos y variados, dependiendo del inhibidor. Crecimiento, curva de (Growth curve): véase Cultivo de microorganismos. Crecimiento, fases del (Growth phases): véase Cultivo de microorganismos. C r e c i m i e n t o , p a r á m e t r o s del (Growth parameters): véase Cultivo de microorganismos. Crecimiento, reguladores del (Growth regulators): compuestos orgánicos que, en pequeñas cantidades, inhiben, aceleran o influyen de algún modo los procesos fisiológicos de las plantas. Incluyen sustancias naturales (endógenas), p.ej. Fitohormonas (véase), inhibidores naturales y muchos compuestos sintéticos, especialmente herbicidas y retardantes del Crecimiento (véase). Las Auxinas (véase) incluyen compuestos naturales y sintéticos. Crecimiento, retardantes del (Growth retardants): retardantes sintéticos del crecimiento utilizados con frecuencia en agricultura para controlar el crecimiento de las plantas. En particular, producen acortamiento de los tallos en las gramíneas, y algunos se utilizan para controlar la longitud del tallo de las cosechas de cereales. En las voces correspondientes se describen los siguientes R.c.: cloruro de clorocolina, AMO 1618, mono-/V-dimetilamida del ácido succínico, mono-iV-dimetilhidrazida del ácido succínico, EL531, hidrazida maleica, Fosfon D. C r e c i m i e n t o , s u s t a n c i a s del (Growth sustances): véase Auxinas. Crecimiento, vitamina del (Growth vitamin): Vitamina A (véase Vitaminas). Cresta de capón, unidad (Capon-comb unit): véase Andrógenos. Cresta del gallo, test de la (Cock's comb test): véase Andrógenos. CRH: abrev. de hormona liberadora de corticotropina (véase Hormonas liberadoras). Crigler-Najjar, síndrome de (Crigler-Najjar syndrome): véase Errores congénitos del metabolismo. Criptosterol (Cryptosterol): véase Lanosterol.

Criptoxantina 182

Criptoxantina (Cryptoxanthin): (3/?)-p-pcaroten-3-ol, carotenoide del grupo de las xantofilas. Ai 552,85, p.f. 169°C. Es un pigmento común en las plantas y se encuentra especialmente en frutos y bayas, p.ej. naranjas, mandarinas y papayas, así como en el maíz y la yema de huevo. Como provitamina A es la mitad de eficaz que el P-caroteno. Su estructura fue establecida en 1933 por R. Kuhn. C r i s a n t e m i n a ( C h r y s a n t h e m i n ) : véase Cianidina. Crisina (Chrysin): véase Flavonas (Tabla). Cristalinas (Crystallins): proteínas solubles que representan casi el 90% del contenido proteico del cristalino de los vertebrados. Las células del cristalino no se reproducen, por lo que deben durar toda la vida del animal. Además, las C. no se pueden reemplazar porque las células del cristalino pierden su núcleo y otros orgánulos, probablemente porque causarían discontinuidades en el índice de refracción. Por tanto, las C. deben ser excepcionalmente estables, resistiendo todos los agentes que pudieran causar desnaturalización o agregación. Deben tener también un rango corto en solución para asegurar los cambios suaves del índice de refracción. Las C. se clasifican en tres grupos principales, a , P y y» o r i g i n a l m e n t e por su orden de precipitación, pero ahora por su M., determinada por filtración en gel. La a - C . comprende dos subgrupos, uno de Mx media 800.000, el otro de Af muy superior. Todas las a-C. son oligoméricas y sólo se diferencian por las cantidades relativas de las cuatro subunidades: aA,, aA 2 , a B , y aB 2 . Hay dos productos génicos primarios, ocA2 y ocB2, mientras que aA, y aB ( se forman por modificación post-traduccional. El mRNA del cristalino de ternera se ha traducido in vitro en a - C . y transcrito en c D N A [A.J.M. Berns & H. Bloemendal, Methods in Enzymology 30 (1974) 675-694]. La p-C. comprende al menos siete productos génicos. Todas son oligoméricas, desde dímeros a agregados de hasta 8 cadenas, y todas tienen una subunidad principal, pBp, pero pueden diferir considerablemente con respecto a las otras subunidades. Las y-C. son todas monoméricas, Mr < 28.000, representando un grupo de 4-5 productos génicos.

Cromatografía

Además de a , P y y, los reptiles y las aves contienen 8-C. tetramérica, que puede estar relacionada con la blandura y la facilidad de acomodación del cristalino de estos animales. Las proporciones de las diferentes C. pueden variar ampliamente entre las especies, igual que el tamaño y la carga, la estequiometría de los diferentes monómeros y el punto isoeléctrico. Las diferencias en las secuencia de aminoácidos son, sin embargo, relativamente pequeñas, y presentan abundantes reacciones inmunológicas cruzadas entre ellas. Las C. están por tanto altamente conservadas, y en comparación con otras proteínas han evolucionado de manera relativamente lenta dado que el cristalino de los vertebrados apareció hace unos 500 millones de años. [W.W. DeJong etal. J. Mol Evol 10 (1977) 123-135], Todos los polipéptidos P y y secuenciados hasta ahora parecen ser homólogos, la mayoría procedentes de una proteína ancestral por mutuaciones puntuales, inserciones, deleciones, etc., y en la PC. por extensión en los extremos N- y Cterminales. La y-C. contiene una inusitada gran proporción de cisterna (7 Cys por 174 residuos de aminoácidos) y se ha sugerido que los grupos libres SH sirven c o m o f u e n t e de poder reductor impidiendo el entrecruzamiento oxidativo con otras proteínas del cristalino. Se han cristalizado la subunidad dimérica PBp de la P-C. y la tetramérica 8-C. de las aves, y otras y-C. La cristalografía por rayos X a 1,6 Á de resolución de la y-II-C. de ternera, revela una molécula muy simétrica formada por dos lóbulos constituidos por cuatro dominios polipeptídicos similares, cada uno de ellos con unos 40 residuos de aminoácidos. Hay muchos residuos de Met, Cys, Trp, Tyr y Phe muy cercanos unos a otros (menos de 6,5 Á), lo que sugiere una interacción de las cadenas laterales aromáticas, los residuos de Arg, el azufre polarizable de los residuos de Met y el SH de los residuos de Cys. Esto puede contribuir a la estabilidad de la proteína por descolocación de los electrones n, y también servir como sistema de transferencia electrónica. [H. Bloemendal & W.W. DeJong Trends in Biochemical Sciences 4 (1979) 137-141; L. Summers etal. Peptide and Protein Reviews 3 (1984) 147-168]. Crocetina (Crocetin): ácido dicarboxílico de C20, de color rojo ladrillo, con siete dobles enlaces

conjugados trans, 4 ramas de metilo y dos grupos carboxilo terminalesM r 328,39, p.t. 285°C. Es un apocarotenoide, producto de la oxidación de carotenoides. Su estructura fue descubierta en 1932 por Karrer et al. El éster digenciobiosa de C„ la crocina (Fig.) es el pigmento amarillo del azafrán y otras pocas plantas superiores. M 976, p.t. 186°C. Cromátida (Chromatid): véase Cromosomas. Cromatina (Chromatin): material tingible del núcleo interfásico, consistente en DNA, RNA y varias proteínas especializadas, dispersas al azar en el núcleo. El DNA cromosómico está intacto en esta fase; sólo está desenrollado o «relajado». Inmediatamente antes de la división celular, la C. se condensa en cuerpos densos (cromosomas) que se tiñen intensamente. La heterocromatina es el material cromosómico altamente condensado, que no se transcribe, mientras que la eucromatina está descondensada y se puede transcribir. Véase Nucleosomas. Cromatóforos (Chromatophores): 1) en botánica, plastidios: Cloroplastos, Cromoplastos y Leucoplastos (véanse). 2) Orgánulo fotosintético de las Bacterias fotosintéticas (véase). Los C. bacterianos son membranas intraplasmáticas originadas a partir de la membrana celular, organizadas en vesículas cerradas o en apilamientos aplanados. En sus membranas están los pigmentos fotosintéticos y los componentes del transporte electrónico fotosintético y de la fotofosforilación. Cromatografía (Chromatography): método usado para la separación analítica o preparativa de mezclas de compuestos. Hay muchos tipos de C., y, excepto la Cromatografía de gases (véase), la cromatografía líquida de alto rendimiento y los sistemas automatizados de intercambio iónico para análisis de aminoácidos, sólo requieren una modesta cantidad de aparatos. Son apropiados para separaciones a escala micro y ultramicro; el factor limitante es el método de detección del material obtenido al concluir la C. Estas técnicas han revolucionado la química orgánica y biológica, haciendo posible separaciones de compuestos estrechamente relacionados, que no se podrían resolver por ningún otro método. En cualquier técnica cromatográfica debe haber una fase móvil y una fase estacionaria. La mezcla

,C00 0,2^0,0 Crocina 183

Cromatografía de adsorción

a separar es transportada por la fase móvil a través de la fase estacionaria; la separación se produce porque los componentes de la mezcla son retardados en distinto grado por la fase estacionaria, en f u n c i ó n de las diferentes interacciones que se producen entre ellos. En la C. de reparto (partition), las sustancias se distribuyen entre dos fases inmiscibles según sus solubilidades relativas en ellas. Esta forma de cromatografía es análoga a la extracción por distribución contracorriente, pero en la C., el número de etapas se acerca al infinito. La C. de adsorción depende de la diferencia del grado de adsorción de los c o m p o n e n t e s a la fase estacionaria sólida. Este principio se aplica en la C. de afinidad, en la que un componente de una mezcla se separa por su afinidad específica al material de la columna. Esta fase estacionaria se prepara uniendo un sustrato específico (o un antígeno, o un compañero biológico de la unión) a un sólido inerte como Sepharosa. La enzima

Definición de términos usados en cromatografía. Término

Definición

Equilibración

Saturación del papel que se va a usar con el vapor del solvente de elución.

Detección (Revelado)

Visuaüzación del material separado: tinción de manchas o bandas, absorción de luz visible o UV, radiactividad, etc.

Elución

Arrastre de los componentes por lavado.

Eluido

Material que se ha eluido.

Eluato

Solución que sale de la columna cromatogràfica.

Eluyente

Fase móvil, generalmente líquida.

Desarrollo

El proceso de la cromatografía, o el tratamiento con los reactivos usados para la detección.

Solvente

Líquido puro o mezcla de solventes.

Frente

Posición del borde delantero del solvente.

Tiempo del proceso

Tiempo en el que se realiza la cromatografía.

Sustancia patrón

Sustancia pura, auténtica, usada para la identificación.

184

deseada (o el anticuerpo, hormona, proteína represora, etc.) se une selectivamente a su sustrato, mientras que todas las demás pasan. Otras formas de interacción con la fase estacionaria son las de la C. de intercambio iónico y la de la C. de filtración en gel (véanse). LaElectroforesis (véase) es una técnica relacionada en la que los componentes a separar se mueven a través de la fase estacionaria por una fuerza electromotriz en vez de por una fase móvil. La C. se denomina también según el tipo de fase estacionaria: 1) Cromatografía en papel, 2) Cromatografía en capa fina, 3) Cromatografía en columna y 4) Cromatografía de gases (véanse). La C. se puede perfeccionar por la creación de agentes absorbentes más específicos para la fase estacionaria, por la reducción de la escala a nivel atómico, y mejorando la sensibilidad y selectividad de las técnicas de detección de los compuestos separados. Cromatografía de adsorción (Adsorption chromatography): véase Cromatografía. C r o m a t o g r a f í a de a f i n i d a d ( A f f i n i t y chromatography): véase Proteínas. Cromatografía de fase inversa (Reversed phase chromatography): véase Cromatografía en papel. Cromatografía de filtración iónica (Ion filtration chromatography): véase Proteínas. Cromatografía de gases (Gas chromatography): técnica de separación basada en lá distribución de compuestos gaseosos entre una fase gaseosa móvil y una f a s e adsorbente estacionaria. El método fue desarrollado por Martin y James en 1952 [A.J.P. Martin in R. Porter, ed., Gas Chromatography in Biology and Medicine. A CIBA Foundation Symposium (J. & A. Churchill, Ltd., London, 1969)]. El sistema de la C.g. consta de cinco componentes: 1) el suministro de gas transportador, 2) el sistema de inyección de la muestra, 3) la columna y el horno, 4) el detector y 5) el sistema electrónico de procesamiento de la señal y control. El gas transportador debe ser químicamente inerte respecto a la muestra y a la fase estacionaria y no debe interferir con la función del detector. Se usan comúnmente H2, He, N2, 0 2 , Ar y C0 2 . La muestra debe vaporizarse antes de entrar en la columna. Las muestras sólidas o líquidas deben someterse a temperatura elevada para que se vaporicen instantáneamente por completo. Las muestras sólidas y líquidas se i n t r o d u c e n generalmente en solución; para ello hay que elegir cuidadosamente el disolvente, de forma que no reaccione químicamente con la muestra ni con la fase estacionaria de la columna a temperatura

Cromatografía en capa fina

elevada. También debe salir de la columna a un tiempo distinto del de la muestra y no sobrecargar la columna. Si la muestra no es volátil se puede convertir en un derivado químico volátil, p.ej. por reacción con trimetilclorosilano o hexametildisilazano. La columna puede ser de vidrio o de metal que se rellena con material poroso, o puede ser un capilar. Las columnas para rellenar tienen 2-6 mm de diámetro interno, y de 1-3 m longitud. Los capilares tienen 0,2-0,5 mm de diámetro interno y 10-100 m de longitud. Los materiales para usar como fase estacionaria deben ser químicamente inertes, termoestables y no volátiles. En cromatografía gas-líquido (GLC), la fase estacionaria líquida se adsorbe al relleno o a las paredes del capilar. Líquidos usados comúnmente como fase estacionaria son Apiezon, SE 30 (metilsilicona), Carbowax 20 M y mezclas de fenilmetilsilicona o trifluoropropilsilicona. En cromatografía gassólido (GSC), el relleno es un material sólido activo como alúmina, gel de sílice, carbón activado o zeolitas. Estos materiales de relleno aumentan notablemente los tiempos de retención, y por tanto hacen posible la separación de sustancias muy volátiles que se desplazan demasiado rápido a través de la columna de GLC. El proceso de separación implica un equilibrio de reparto del soluto entre la fase estacionaria y la fase móvil. El coeficiente de reparto depende de la presión de vapor del soluto y es función de la temperatura: ln (p) AH/RT + C, donde p es la presión de vapor del soluto, ÁH el calor molar de la disolución y C una constante. Cuanto mayor es la temperatura, menos soluto se retiene en la fase estacionaria, y por tanto, más rápidamente eluye de la columna. Esto se utiliza para eluir compuestos con tiempo de retención más largo, aumentando gradualmente la temperatura. La detección se basa en el cambio de alguna propiedad física del gas que emerge de la columna. La señal debe ser proporcional a la cantidad de material eluido. Para análisis rutinarios, se usa un detector de ionización de llama. Consiste en un pequeño quemador de H2-aire en un mechero metálico. El gas eluido se mezcla con H2 antes de que éste salga del mechero. La combustión del H2 produce radicales libres, pero no iones, mientras que la combustión de carbono produce iones positivos en la llama así como radicales libres. Los iones se dirigen hacia el electrodo colector, donde se miden por la corriente que inducen. La C.g. es de enorme valor para la separación de moléculas de pequeño y mediano tamaño y se utiliza rutinariamente en química clínica, p.ej. para

detectar drogas o anestésicos en el suero. [A. Braithwaite & F.J. Smith Chromatographic Methods (4th ed.) (Chapman & Hall, London, 1985)]. Cromatografía de intercambio iónico (Ionexchange chromatography): método cromatográfico en fase sólida-líquida para la separación analítica y preparativa y para la purificación de mezclas de sustancias. Se basa en la unión electrostática entre los cationes o aniones de la sustancia a estudiar o separar y el correspondiente cambiador de Iones (véase). Los componentes de una solución de electrólitos se separan por adsorción y desorción sucesivas mediante intercambio iónico. Se puede realizar por un proceso frontal, por reemplazamiento o por elución (véase Cromatografía). La exclusión y el retardo de iones son técnicas especiales de este tipo de cromatografía. El primero se utiliza para separar sustancias ionizadas de las no ionizadas o sustancias con diferentes grados de ionización, p.ej., ácidos inorgánicos y orgánicos. Los iones aparecen en el eluido antes que los compuestos no iónicos porque éstos penetran en los espacios intersticiales y en el interior de las fases de resina, atravesando la columna más lentamente. La cromatografía de retardo iónico consiste en ralentizar el flujo de los iones sobre un lecho formado por una mezcla de cambiadores aniónicos y catiónicos. Los iones se eluyen con agua. Se puede utilizar C.i.i. para separar iones y compuestos estrechamente relacionados, p.ej. iones inorgánicos (especialmente los metales de las tierras raras), aminoácidos, alcaloides, y compuestos ópticamente activos a partir de sus mezclas racémicas. Cromatografía de reparto (Partition chromatography): véase Cromatografía. Cromatografía en capa fina (Thin-layer chromatography), TLC: tipo de Cromatografía (véase) en la que el material transportador sólido se extiende en una capa fina sobre una placa de vidrio o plástico. Las ventajas de este método son: se consigue una buena separación en una distancia corta y por tanto en poco tiempo, tiene alta sensibilidad, se pueden separar cantidades pequeñas de sustancias y, si se usan materiales transportadores inorgánicos, se puede usar para la detección de reactivos cáusticos. Las placas para hacer la extensión en capa fina disponibles comercialmente permiten hacer capas de transportador del espesor deseado, de 0-2 mm. Con el equipo adecuado, las placas se pueden usar para cromatografía ascendente, descendente, horizontal o múltiple. La TLC se puede usar preparativamente 185

Cromatografía en columna

como una «columna abierta» (véase Cromatografía en columna). Según el tamaño de la placa, se pueden separar por cromatografía preparativa hasta 100 g de material y de 10 ng a 10 mg por cromatografía analítica. La TLC se desarrolló originalmente para separar sustancias lipofílicas sobre transportadores inorgánicos, pero si se usa celulosa en polvo como transportador, se pueden separar también sustancias hidrofílicas, incluyendo aminoácidos, nucleótidos y glícidos. Las sustancias lipofílicas se pueden separar sobre óxido de aluminio, gel de sílice, celulosa acetilada y poliamida; las hidrofílicas sobre celulosa, intercambiadores iónicos de celulosa, polvo de diatomeas y poliamidas. Los intercambiadores de iones de celulosa que se usan en la TLC tienen fibras de celulosa más cortas que las que se usan en la cromatografía en columna. En la TLC de poliamida se usan poliamidas hidrofílicas o hidrofóbicas para separar una amplia variedad de sustancias. Se basa en la formación reversible de puentes de hidrógeno entre las sustancias y los grupos amida del transportador. El eluyente (agua, metanol, formamida, etc.) desplaza estos puentes de hidrógeno, formándolos entre él mismo y el transportador, de manera que la separación depende de la fuerza de los puentes de hidrógeno formados por las sustancias a separar. Cromatografía en columna (Column chromatography): método de separación cromatográfica en el que el material transportador se empaqueta en forma de columna dentro de un tubo (generalmente de cristal, denominado columna de cromatografía). Por tanto, el término C.c. indica el modo de uso del material cromatográfico, y no indica el tipo de cromatografía, que puede ser de reparto (partition), adsorción, intercambio iónico, filtración en gel, afinidad, etc., dependiendo de la naturaleza del material de relleno de la columna. El material de relleno se equilibra generalmente con el líquido de arrastre o eluyente. La solución de la muestra se coloca en la parte superior de la columna, y se arrastra hacia su interior con el líquido de arrastre, que se sigue suministrando de forma continua. Las muestras separadas del efluente o eluato se recogen en la parte inferior de la columna (generalmente de forma automática, con la ayuda de un colector de fracciones), y se analizan para detectar las sustancias separadas. Para los materiales de columna usados en la C.c. de intercambio iónico, véase cambiadores de 186

Iones. Para aumentar la resolución y la velocidad de las separaciones, se emplea a menudo la elución por gradiente en la C.c. de intercambio iónico; un mezclador de gradiente, formado por dos o más soluciones tampón diferentes, produce un cambio continuo del pH o de la fuerza iónica (o ambos) del solvente de arrastre que entra por la parte superior de la columna. El gradiente así formado puede ser lineal, convexo o cóncavo; los gradientes de concentración suelen ser de concentación creciente; los gradientes de pH pueden ser descendentes (más ácidos) o ascendentes (más alcalinos). Cromatografía en papel (Paper chromatography): método de separación cromatográfica que emplea un papel de filtro de alta calidad (papel de cromatografía) como transportador. Es una cromatografía de reparto en celulosa casi pura. En ciertas condiciones, la separación se desvía de la predicha por la distribución de Nernst, debido a los efectos de una ligera adsorción y de intercambio de iones. La fase estacionaria es una película de agua o una capa de hidratación adsorbida sobre las fibras de celulosa del papel. La fase móvil, un solvente orgánico o una mezcla de solventes, migra sobre la fase estacionaria. En un sistema solvente definido, cada sustancia tiene una tasa de migración que se expresa como valor R r (cociente en el frente del solvente): R =

distancia de migración del soluto distancia de migración del solvente

La distancia de migración del solvente es la distancia desde el punto de aplicación de la sustancia al frente del solvente que avanza. En condiciones estandarizadas (composición del sistema solvente; temperatura; grado de saturación de vapor en el tanque de cromatografía), el valor Rf es constante. En la práctica, la C.p. consiste en la separación física de las sustancias individuales seguida de métodos de detección especiales para la localización de las mismas. Se puede realizar a escala preparativa o analítica. Con respecto al movimiento del sistema solvente y la posición del papel, la C.p. puede ser ascendente, descendente u horizontal. Comúnmente se usan procedimientos de C.p. uni- o bidireccionales o radiales (técnica del papel de filtro circular). Técnicas adicionales útiles son desarrollos múltiples (el primer solvente se elimina por secado y se añade un segundo solvente en la misma dirección), y flujo continuo (se deja que el solvente fluya durante un periodo

Cromosoma

largo de tiempo, goteando desde el borde del papel). Para la separación de sustancias lipofílicas como ácidos grasos o esteroides, la C.p. se puede adaptar a cromatografía de fase inversa, haciendo el papel de cromatografía hidrofóbico por impregnación con silicona o aceite de parafina, o por acetilación, de manera que las fases se invierten, o sea, el sistema solvente hidrofílico es repelido por las fibras de celulosa, que forma la fase móvil; el solvente orgánico, más hidrofóbico, es la fase estacionaria. Los sistemas de Zaffaroni son importantes para la separación de esteroides: generalmente no tienen agua y el papel está impregando con formamida o glicol de propileno, que actúa como fase estacionaria. Cromatografía por goteo en contracorriente (Droplet countercurrent chromatography), cromatografía DCC o DCCC: método de separación basado en la cromatografía de reparto (partition). Las fases móvil y estacionaria son líquidos inmiscibles de diferente densidad. Gotitas de la fase móvil pasan a través de una batería de columnas de vidrio (unas 300) (diámetro interno, 2,0-3,0 mm; longitud, 40 cm) que contienen la fase estacionaria. Este tipo de cromatografía es muy útil ya que permite una recuperación del 100% (gramos o microgramos) del material separado. Se ha empleado con gran éxito para la separación de diversos productos naturales entre los que se incluyen: alcaloides, glicósidos cardíacos, saponinas, antraquinonas, terpenoides, azúcares, derivados de aminoácidos, péptidos, etc. Cromo (Chromium), Cr: constituyente de la dieta esencial para los animales. Se requieren cantidades muy pequeñas (al menos 100 partes por billón en la dieta de la rata), pero no se ha determinado el requerimiento humano. Aunque se encuentran cantidades relativamente grandes de Cr asociadas con fracciones aisladas de RNA, se desconoce la relación del Cr con la estructura o función del mismo. Se sabe que el Cr es un constituyente del factor de tolerancia a la glucosa (GTF), complejo orgánico de Cr soluble en agua y relativamente estable, A/ aproximada 500, que es esencial en animales y en el hombre para la tolerancia normal a la glucosa. El síntoma más temprano de la deficiencia de Cr es la alteración de la tolerancia a la glucosa. Una deficiencia más severa produce glucosuria, hiperglucemia de ayuno, crecimiento alterado, muerte prematura; los casos de diabetes refractarios a la insulina pueden

ser el resultado de una deficiencia de Cr. En tales casos, los niños responden más rápidamente que los adultos al suministro de sales de Cr, sugiriendo que la capacidad de convertir el Cr en GTF disminuye con la edad, aunque tal capacidad no se ha demostrado inequívocamente en el hombre. Muchos alimentos naturales contienen GTF, especialmente la levadura de cerveza, la pimienta negra, el hígado, el queso, el pan y la carne de vacuno. Los alimentos que contienen más GTF no son necesariamente los que contienen más Cr. Solo el Cr3+ es activo fisiológicamente. Cromóforos (Chromophores): véase Pigmentos. Cromograninas (Chromogranins): proteínas que se unen específicamente a las catecolaminas (p.ej. adrenalina, noradrenalina), con las que se asocian en vesículas de almacenamiento en las células que las producen. Cromómeros (Chromomeres): véase Cromosomas. Cromoplasto (Chromoplast): cromatóforo que contiene carotenoides y es por tanto de color rojoanaranjado a amarillo. Los pigmentos pueden estar en forma cristalina, como en la raíz de zanahoria. En los pétalos de forsythia, los C. se forman a partir de plastidios verdes (véase Cloroplastos). Las vesículas pigmentarias de las algas rojas, de color rojo a violeta debido a Biliproteínas (véase), se denominan Rodoplastos (véase). Cromoproteínas (Chromoproteins): proteínas que contienen un grupo prostético coloreado, unido covalente o no covalentemente. El grupo incluye las proteínas hemo y enzimas ferroporfirínicas, flavoproteínas, complejos clorofilaproteína y proteínas no porfirínicas con hierro y cobre de la sangre de vertebrados (p.ej. transferrina y ceruloplasmina) e invertebrados (p.ej. hemeritrina y hemocianina). Cromosoma (Chromosome): estructura celular que almacena la información genética y la transmite a la siguiente generación. El término se aplicó originariamente al material tingible del núcleo eucariótico, pero se ha ampliado para incluir los portadores genéticos de cualquier célula. Los genes de cualquier C. son secuencias de pares de bases nucleotídicas en la molécula del DNA, que es la parte fundamental de los C. (véase ácido Desoxirribonucleico). El mapeo genético muestra que los genes de un C. están organizados linearmente en una hebra única, lo que indica que el C. contiene una sola molécula de DNA muy 187

Cromosomas gigantes

larga. Los procariotas contienen un solo cromosoma circular unido a proteínas reguladoras, pero no contiene proteínas estructurales (histonas) por lo que no es tingible; está unido a la membrana celular (véase Replicón). Los eucariotas tienen más de un C. por célula, siendo específicos de cada especie su número y sus formas. Los C. eucarióticos son complejos de DNA (10-30%), RNA (3-15%) y proteínas (4075%). La cantidad de DNA por cromosoma es constante y especie-específica, pero la cantidad de RNA varía con la actividad transcripcional de la célula (véase ácido Ribonucleico). Además del RNA implicado en la síntesis proteica, hay también una fracción específica, denominada RNA cromosómico, que es probablemente parte de la estructura del C. y puede tener una función reguladora en la transcripción. Las proteínas cromosómicas se dividen en dos clases, las histonas básicas, y las proteínas no histonas, más ácidas. Hay seis clases de Histonas (véase), pero las proteínas no histonas, sometidas a electroforesis en gel dan lugar a un patrón muy complicado, con cientos de bandas. Las histonas se combinan con el DNA formando un complejo o superenrollamiento de DNA-histona fibrilar. En esta forma, el DNA no se puede transcribir. Las proteínas no histonas están implicadas probablemente en la regulación de la transcripción (incluyen las polimerasas), pero no se conocen bien debido a su complejidad. Los C. eucarióticos forman estructuras compactas antes de la división celular (mitosis o meiosis), momento en el que están formados por dos mitades longitudinales idénticas, las

Pujf en un cromosoma gigante (izquierda) y diagrama del trayecto de las cromátidas individuales en la región del puff (derecha). 188

cromátidas, unidas en el centròmero. El centròmero es también el punto de anclaje de las fibras del huso que separan las cromátidas hijas durante la división celular. Se ha analizado la secuencia nucleotídica del DNA del centròmero de levaduras y se han insertado en Plásmidos (véase), lo que cual confiere al plásmido una estabilidad mitótica cercana a la del C. (Los segmentos de C. que no tienen centrómeros no se distribuyen igualitariamente entre las células hijas y se pierden rápidamente en una población de células en división.) En los extremos de los C. lineares se encuentran otras secuencias especializadas de DNA, los telómeros. La inserción de secuencias teloméricas en un plásmido circular los convierte en una estructura linear. Otro tipo de secuencia, la ARS (secuencia replicante autónoma), confiere al plásmido la capacidad de replicarse independientemente del cromosoma, y es posible que constituyan los lugares en que se inicia la replicación del C. [A.W. Murray & J.W. Szostak Nature 305, (1983) 189-193], En las etapas en las que el C. no está densamente condensado (profase), se pueden ver a lo largo del cromosoma los cromómeros a modo de cuentas de collar. En algunas células especializadas en las que se produce síntesis de proteínas a tasas muy elevadas se encuentran Cromosomas gigantes o Cromosomas plumosos (véanse). Cromosomas gigantes (Giant chromosome), cromosomas politénicos: tipo de cromosoma especialmente grande que se encuentra en Diptera; los C.g. de las glándulas salivares de Drosophila han sido ampliamente estudiados. Los C.g. tienen

Cucurbitacinas

aspecto de cable debido a la múltiple duplicación endomitótica de los cromosomas sin separación de las cromátidas; pueden estar formados por muchos miles de cromosomas simples y alcanzar 0,5 mm de longitud y 25 p.m de grosor. Las moléculas de DNA superenrolladas están mucho más extendidas que en los cromosomas ordinarios, y las moléculas duplicadas permanecen paralelas, unas al ladu de otras. Esto da lugar a una estructura en bandas en la que se intercalan bandas ricas en DNA con otras en las que es más escaso. Los C.g. han facilitado el estudio de la morfología del cromosoma y han hecho posible la demostración directa de la participación de los cromosomas en la síntesis de RNA. Las bandas individuales (unas 3.000 a lo largo del cromosoma gigante) sufren cambios periódicos de forma; se descondensan y forman un hinchamiento que rodea el eje del C.g. Esta estructura se denomina «puff» o anillo de Balbiani (Fig.). La formación de puffs va acompañada de un gran aumento de la síntesis de RNA. El DNA de las bandas normales está densamente enrollado y reprimido por proteínas específicas, mientras que el DNA de los puffs está relajado y no reprimido, por lo que puede transcribir RNA. La incorporación específica de precursores del RNA en los puffs se puede demostrar por autorradiografía. La formación del puff es reversible. El número, momento en el que se producen, la duración y forma de los puffs (es decir, el patrón de puffs) depende de la célula, del órgano y de la etapa de desarrollo del insecto. Los estudios de los C.g. han contribuido de forma esencial al entendimiento de la Activación génica diferencial (véase). Cromosomas politénicos (Polytenic chromosomes): véase Cromosomas gigantes. Cromosomas plumosos (Lamp-brush chromosomes): cromosomas muy largos, de hasta 1 mm de longitud, que se observan en la profase meiótica en el tritón y otros pocos animales, cuyo aspecto plumoso se debe a los bucles laterales que presentan en toda su longitud. Los bucles están formados por DNA, proteínas y RNA y no son estructuras fijas sino que corresponden a cromómeros individuales desplegados en los lugares de síntesis activa de RNA; indican, por tanto, un incremento de la actividad fisiológica de una sección concreta del cromosoma (véase Activación génica). Crotactina (Crotactin): véase Venenos de serpiente.

Crotamina (Crotamine): véase Venenos de serpiente. Crotoxina (Crotoxin): véase Venenos de serpiente. Crustecdisona (Crustecdysone): véase Ecdisterona. CSF: abrev. de Factor estimulante de colonias (véase). C-toxiferina I (C-toxiferin I): toxiferina I de calabaza, véase alcaloides del Curare. CTP: abrev. de 5'-trifosfato de citidina. Cuantasoma (Quantasome): la unidad estructural más pequeña de la fotosíntesis; unidades estructurales pequeñas de los tilacoides, de 18 x 15 x 10 nm, Mr 2 millones, que contienen 230 moléculas de clorofila, citocromos, cobre y hierro. Se obtienen por desintegración ultrasónica de cloroplastos aislados y son visibles al microscopio electrónico. También se pueden observar como unidades granulares en las lamelas de los cloroplastos. No está claramente definida la posición funcional relativa de los C.; pueden estar implicados tanto en el transporte de electrones (véase Fotosíntesis) como en la síntesis fotosintética de ATP (véase Fotofosforilación), y ser por tanto análogos a las partículas del transporte electrónico de la cadena respiratoria. Cucurbitacinas (Cucurbitacins): grupo de triterpenos tetracíclicos presentes en forma de glicósidos en plantas de las familias Cucurbitaceae y Cruciferae. Son compuestos tóxicos, amargos, relacionados estructuralmente con el hidrocarburo parental cucurbitano, 19(10-9P)abeo5P-lanostano, que se diferencia del lanostano (véase Lanosterol) por el desplazamiento formal del grupo metilo 10 a la posición 9p. La cucurbitacina E se aisló en forma cristalina en 1831 con el nombre de elaterina. Las C. son laxantes, algunas se utilizan como atrayentes de insectos y unas pocas muestran una actividad neoplástica y antigiberilina. o

189

Sa-Cucurbitano

5a-Cucurbitano (5a-Cucurb¡tane): véase Cucurbitacinas. Cuenta celular, determinación de la (Cell count de termina tion): véase Crecimiento. Cuépico, ácido (Couepic acid): véase ácido Licánico. Cuerpo lúteo, hormona del (Corpus luteum hormone): véase Progesterona. Cuerpos C, (C,-bodies): 1) abrev. de Unidades monocarbonadas activas (véase); 2) en sentido más amplio, dióxido de carbono activado (véase enzimas de Biotina) o el grupo metilo (véase Transmetilación, S-Adenosil-L-metionina, LMetionina). Cuerpos cetónicos (Ketone bodies): compuestos orgánicos que se producen en el organismo por cetogénesis, como el acetoacetato y los compuestos formados a partir de él, P-hidroxibutirato y acetona. La elevada producción de e s t o s c o m p u e s t o s en ciertas c o n d i c i o n e s patológicas, p.ej. diabetes melitus, produce acidosis porque el acetoacetato y el (3-hidroxibutirato se encuentran en forma de aniones que reducen la concentración de H C 0 3 en la sangre. Otras consecuencias son excreción de C.c. por los ríñones, producción de orina ácida, y lesiones en el sistema nervioso central. Cuerpos Nu (Nu bodies), nucleosomas: s u b u n i d a d e s de la C r o m a t i n a ( v é a s e ) que contienen 180-200 pares de bases de DNA y una cantidad igual en peso de histonas. Se separan por digestión parcial de la cromatina con nucleasa estafilococal. Cultivo de microorganismos (Cultivation of microorganisms), técnicas de cultivo: propagación deliberada de un organismo. El C.m. puede ser discontinuo (estático) o continuo. El cultivo técnico de microorganismos se describe en técnicas de Fermentación (véase). En los cultivos discontinuos, los microorganismos crecen en un sistema cerrado hasta que alguno de los factores del medio nutritivo se hace limitante, por lo que las condiciones del cultivo cambian continuamente con el tiempo. El crecimiento en un medio de cultivo se puede comparar con el c r e c i m i e n t o limitado g e n é t i c a m e n t e de un organismo pluricelular, en cuya vida se distinguen las fases de juventud, madurez, envejecimiento y m u e r t e . L a s f a s e s c o r r e s p o n d i e n t e s en el crecimiento de los cultivos discontinuos son incubación, crecimiento exponencial y fases estacionaria y post-estacionaria (declive), las 190

cuales se pueden observar gráficamente en las curvas de crecimiento, en las que se representa el logaritmo del número total del células, o el número de células viables (véase Crecimiento), respecto al tiempo. La representación semi-logarítmica es útil porque la fase de crecimiento exponencial se representa por una línea recta, cuya pendiente corresponde a la tasa de división celular. Dada la relación lineal entre el logaritmo del número de células y el tiempo, el crecimiento exponencial se denomina también crecimiento logarítmico. El período de incubación es el comprendido entre la inoculación y el momento de máxima tasa de división celular. La f a s e e x p o n e n c i a l pasa lentamente hacia la fase estacionaria, en la que las células no crecen más por diversas razones. Durante esta fase puede haber todavía actividad metabolica significativa en forma de renovación celular, que puede durar bastante tiempo o mantenerse artificialmente (células en reposo). La transición a la fase post-estacionaria es también gradual. Son parámetros importantes del crecimiento el período de incubación, la tasa de crecimiento (tiempo de duplicación) y la producción. El cociente de la masa producida y el sustrato consumido se denomina coeficiente de producción o coeficiente económico. También se puede definir como coeficiente de producción energética cuando se compara la producción real de ATP con la producción teóricamente posible. Dado que la composición del medio cambia continuamente durante el cultivo discontinuo, las células pueden haber empezado a cambiar durante la fase de c r e c i m i e n t o e x p o n e n c i a l , a m e d i d a q u e la concentración del sustrato disminuye, la densidad celular aumenta y los productos metabólicos se acumulan o se excretan. Se ha observado que existe una relación más o menos clara entre la fase o tasa de crecimiento y la síntesis de metabolitos secundarios, la cual empieza, en muchos casos, durante la transición de la fase de crecimiento e x p o n e n c i a l a la estacionaria. Por tanto, se puede distinguir entre fase trofo o nutricional y fase de idioproducción (Bu'Lock). En los cultivos continuos, a la población de microorganismos en crecimiento se le suministra continuamente solución nutritiva nueva, al mismo ritmo que se sacan del recipiente de cultivo suspensiones de microorganismos. El sistema es abierto y tiende al estado estacionario. Las células

Cumarinas p u e d e n crecer e x p o n e n c i a l m e n t e de m a n e r a indefinida en condiciones ambientales constantes. El sistema se estabiliza limitando el sustrato de crecimiento. Cultivo discontinuo (Batch culture): véase tecnología de la Fermentación. Cultivo en medio líquido (Submersed culture): véase tecnología de la Fermentación. Cultivo s í n c r o n o ( S y n c h r o n o u s culture): población de células sincronizadas que se dividen y pasan por todas las fases de su ciclo celular al m i s m o t i e m p o . L a s i n c r o n i z a c i ó n se p u e d e conseguir de varias maneras, p.ej., por limitación de nutrientes, estimulación luminosa, cambios de temperatura, tratamiento con antimetabolitos del metabolismo de los ácidos nucleicos. En los C.s., el número de células aumenta en fases escalonadas. Generalmente la sincronía se pierde después de unas pocas divisiones sincrónicas, es decir, el número de células vuelve a aumentar de modo continuo. Se han aplicado técnicas de C.s. a diversas bacterias, Chlorella, Euglena gracilis, etc. La sincronización por la luz es importante en el estudio de los ritmos biológicos endógenos. Cultivo, técnicas de (Culture techniques): véase Cultivo de microorganismos. 4-Cumarato:CoA ligasa, (4-Coumarate:CoA ligase), hidroxicinamil-CoA ligasa (EC 6.2.1.12): enzima vegetal que cataliza un proceso de dos etapas:

especialmente en las Umbelliferae y Rutaceae. Su estructura lactona se abre por tratamiento con álcalis produciendo ácidos cií-o-hidroxicinámicos que se reciclan espontáneamente en medio ácido. La mayoría son derivados formales de umbeliferona, es decir, están hidroxiladas en C-7. Algunas poseen también un segundo grupo O H (o grupo alcoxilo) en C-5 o, más raramente, en el C-4. La cumarina ( 2 H - l - b e n z o p i r a n - 2 - o n a ; 1,2benzopirona; lactona del ácido c/s-o-cumarínico; lactona del ácido o - h i d r o x i c i n á m i c o ) es un compuesto de olor agradable. Biosíntesis. Las C. son productos de la ruta del ácido siquímico en la Biosíntesis a r o m á t i c a (véase). El intermediario clave es el ácido transcinámico, que se puede convertir en cumarina o hidroxilarse en posición para como preludio de

H0"

Angelicina

^

-o'

"-'0

Angustifolina

Mg3t

Enzima + R-CH = CH-COOH + ATP ¿ í Enzima [R-CH = CH-CO • AMP] + PP. Enzima [R-CH = CH-CO • AMP] + CoA-SH ^ R-CH = CH-CO • S-CoA + AMP + Enzima, donde R-CH = CH-COOH representa al ácido trans-4hidroxicinámico. L a M de la enzima de la mayoría de las fuentes es 55.000-67.000. Se han detectado isoenzimas y se han separado por cromatografía de intercambio iónico. La enzima de cualquier procedencia se inhibe competitivamente por AMP. El incremento en su actividad está asociado con la producción de fitoalexina en respuesta al elícitor biótico de Phytophthora megasperma en Glycine max, y a cultivos de suspensiones celulares de Phaseolus vulgaris. La reacción catalizada es una etapa temprana de la biosíntesis de Flavonoides (véase). [R.A. Dixon et al. Advances in Enzymology 55 (1983) 1-136], C u m a r i n a s ( C o u m a r i n s ) : l a c t o n a s de d e r i v a d o s del á c i d o c / í - o - h i d r o x i c i n á m i c o , ampliamente distribuidas en los vegetales (Tabla),

HjCO' OCHj

Brailina

Ceilantina

OCHj

Dalrubona

Pereflorina

H3Cv

B

-CHj

CXI 0' " ^ ^ O ^ O

H3ccr ^

^

Psoraleno de algunas cumarinas Suberosina (véase la Tabla Estructura para su descripción). 191

Cumarinas

2-glucosiIoxicinámico. Hay algunas evidencias de la existencia de una enzima isomerasa, pero es probable que la isomerización esté catalizada por la luz en gran parte. La 4-hidroxilasa del ácido C i n á m i c o (véase), p r e s e n t e en la f r a c c i ó n microsomal de células rotas, convierte el ácido iraní-cinámico en ácido p-cumárico, mientras que la hidroxilación orto está catalizada por una enzima presente en los cloroplastos y estimulada

la síntesis de otras C. (Fig. 1). El precursor del ácido iraní-cinámico, apropiadamente sustituido, se hidroxila entonces en posición orto. La glicosilación de este grupo hidroxilo puede ser importante para la subsiguiente isomerización trans-cis de la cadena lateral, porque el fuerte enlace intramolecular de hidrógeno entre el grupo carboxilo y el grupo 2-hidroxilo del residuo de glucosa sólo es posible en la forma cis del ácido

COOH Feniialanina

Ácido frans-cinámico

1

Ácido 4-cumárico

COOH

COOH

OC" Ácido 2-glucosiioxic/s-cinámico

COOH

COOH |^OC6H„O5

H3CO'

COOH 0 I C6H„05

Herniarina (Hemiaria glabra, Lavandula officinalis)

\^poc6H„o5 Acido c/s-2,4-p-Dglucosiloxicinámico

Ácido 2-glucoxiloxi-4metoxi-c/s-cinámico

H,CO Cumarina (muchas plantas, incluyendo Asperulasp., Melilotos, Habas toncas, aceite de Lavánda)

giuO

GluO

COOH 0 C6Ht105

eiuo

o'

Esquimina (7-p-Dglucosiloxicumarina)

J,

HO

0

Umbeliferona (Ferula galbaniflua, Hydrangea macrophylla, etc.)

Figura 1. Biosíntesis de cumarinas. El ácido íra/js-cinámico se convierte en ácido 4-cumárico por la Cinamato 4-hidroxilasa (véase). El anillo se forma por ciclación espontánea tras eliminación del grupo 2-glucosilo por una glucosidasa específica cuando se daña la planta. 192

Cumarinas Tabla. Algunas cumarinas

naturales.

Nombre común

Sustituyentes en el anillo cumarina (véase la Fig. 1 para la numeración)

Origen

Angelicina

furano (2':3'-8:7)

Angelica archangelica (raíces)

Angustifolina

3-(l ', 1 '-dimetilalil)-7-hidroxi

Ruta angusti/olia (hojas) [Phytochemistry, 1984, 23, 2095-2096]

Ayapina

6,7-metilenodioxi

Eupatorium ayapana (hojas)

Bergapteno

5-metoxi-furano (2':3'-6:7)

Citrus bergamia y muchas otras plantas

Brailina

6-metoxi-7,8-pirano

Flindersia brayleyana (corteza)

Calicantósido

6,8-dimetoxi-7-glucósido

Calycanthus occidentalis (leña menuda)

Ceilantina

7,8-dimetoxi-5,6-pirano

Atalantia ceylanica (médula)

Chicoriína

6-hidroxi-7-glucósido

Chicorium intybus (flores)

Cumarina

véase Fig. 1

-

Dafnetina

7,8-dihidroxi

Euphorbia lathyris (semillas)

Dafnina

7-glucósido-8-hidroxi

Daphne alpina (corteza)

Dalbergina

3-fenil-6-hidroxi-7-metoxi

Dalbergia sissoo (médula)

Dalrubona

véase fórmula

Dalea sp.

Esculetina

véase Fig. 2

-

Esculina

6-glucósido-7-hidroxi

Aesculus hippocastanum

Esquimina

véase Fig. 1

-

Fraxetina

6-metoxi-7,8-dihidroxi

Fraxinus intermedia (corteza)

Fraxina

6-metoxi-7-hidroxi-8-glucósido

Fraxinus intermedia (corteza)

Fraxinol

5,7-dimetoxi-6-hidroxi

Fraxinus excelsior (corteza)

Isobergapteno

5-metoxi-furano (2':3'-6:7)

Heracleum lanatium (raíces)

Isofraxidina

6,8-dimetoxi-7-hidroxi

Fraxinus intermedia (corteza)

Limetina

5,7-dimetoxi

Citrus limetta (fruto)

Ostenol

7-hidroxi-8-wopent-2'-enilo, o 7-hidroxi-8-dimetilalilo

Angelica archangelica (raíces)

Ostol

7-metoxi-8-iíopent-2'-enilo, o 7-metoxi-8-dimetilalilo

¡mperatorium ostruthum (rizomas)

Pereflorina

5-metil-4-metoxi

Perezia multiflora (raíces)

Psoraleno

furano (2':3'-6:7)

Psoralea corylifolia (semillas) Xanthoxylum flavum (madera)

Suberosina

7-metoxi-6-«opent-2'-enilo, o 7-metoxi-6-dimetilalilo

Xanthoxylum suberosum (corteza) Xanthoxylum flavum (madera)

Trimetoxi-cumarina

6,7,8-trimetoxi

Fagara macrophylla (médula)

Umbeliferona

véase Fig. 2

-

Veleína

7-glucósido-8-i'.sopent-2'-enilo, o 7-glucósido-8-dimetilalilo

Velila discophora

Xantotoxina (usada en los centros médicos indígenas en la India para el tratamiento de leucoderma)

8-metoxi-furano (2':3'-6:7)

Fagara xanthoxyloides

(corteza)

(frutos)

193

Cumestanos

por NADPH y 2-amino-4-hidroxi-6,7-dimetil5,6,7,8-tetrahidrobiopteridina. [H. Kindl, Z. Physiol. Chem. 352 (1971) 78-84]. Es de resaltar que la presencia conjunta de cumarina y de C. 7hidroxiladas es rara, es decir, la síntesis transcurre normalmente hacia las C. 7-hidroxiladas, a menos que el sistema de membrana que cataliza la hidroxilación para del ácido iraní-cinámico esté ausente o tenga baja actividad. Las C. no se encuentran libres en cantidades significativas en los tejidos vegetales sanos. Cuando se dañan las células de la planta o se marchitan, glucosidasas específicas eliminan la glucosa de los precursores del ácido 2-glucosiloxicí's-cinámico, que se cicla entonces espontáneamente a la correspondiente C. Algunas C. también se pueden almacenar como glucósidos, si hay disponible un grupo hidroxilo para la unión de la glucosa; así, la esquimina y el ácido cis-2,4-di-PD-glucosiloxicinámico representan precursores almacenados, que se convierten en umbeliferona cuando se dañan las hojas de Hydrangea macrophylla. [D.J. Austin & M.B. Meyer, Phytochemistry 4 (1965) 255-262], Los cloroplastos de Saxífraga stolonifera convierten el ácido cw-cafeico en esculetina. [M. Sato, Phytochemistry 6 (1967) 1363-1373], La enzima responsable es una fenolasa (ortodifenol:0 2 reductasa), que se puede preparar en forma soluble por tratamiento de los cloroplastos con detergente. Se ha propuesto que la ortoquinona del ácido c/s-cafeico se convierte espontáneamente en esculetina, tras hidroxilación espontánea por agua en posición orto (Fig. 2).

trihidroxi-c/í-cumárico queda presumiblemente atrapado en forma de su derivado 2-glucosiloxi. Se ha propuesto una ruta biosintética diferente para la dalrubona, y se ha sugerido que algunas C. pueden proceder del anillo A de las antocianinas. [D.L. Dreyer et ai, Tetrahedron 31 (1975) 287293], El anillo cumarínico de la Novobiocina (véase) de Streptomyces spheroides deriva de tirosina, es decir, en las bacterias, el grupo hidroxilo del átomo C-7 se introduce antes que en la síntesis en vegetales. Se desconocen otros detalles de la síntesis bacteriana del anillo cumarínico. [K.B.G. Torsell, Natural Products Chemistry (John Wiley, 1983); G. Billek (ed.), Biosynthesis of Aromatic Compounds (Academic Press, 1969)]. Cumestanos (Coumestans), cumaranocumarinas: compuestos con el sistema de anillos mostrado en la Fig., que representa el mayor nivel posible de oxidación del esqueleto Isoflavonoide (véase). Como otros isoflavonoides, están restringidos principalmente a las Leguminoseae, acompañados por los correspondientes 6a, 11adeshidropterocarpanos (véase Pterocarpanos). Ejemplos: lucernol (2,3,9-trihidroxicumestano, Medicago sativa), sativol (4,9-dihidroxi-3-metoxicumestano, Medicago sativa), psoralidina (3hidroxi-9-metoxi-2-Y,y-dimetilalilcumestato, Psoralea corylifolia), 2-hidroxi-l,3-dimetoxi-8,9metilendioxicumestano (Swartzia leiocalycina). [J.B. Harborne, T.J. Mabry & H. Mabry, eds., The Flavonoids (Chapman & Hall, 1975)].

Durante la síntesis en la planta, el ácido 3,4,6Fenolasa

H 0

^ J

C00H

co^

Ácido c/s-cafeico

Ácido 3,4,6-trihidroxic/s-cinámico

I

Esculetina (semillas de Euphorbia lathyrís)

Figura 2. Ruta propuesta para la síntesis de esculetina a partir de ácido cis-cafeico por una fenolasa de Saxífraga stolonifera. 194

Cumestano, sistema de anillos Cupresuflavona (Cupressuflavone): véase Biflavonoides. Cuproproteínas (Copper proteins): metaloproteínas, generalmente de color azul, que suelen contener en sus moléculas una mezcla de cobre mono- y, en mayor proporción, divalente. Son excepciones las plastocianinas de los cloroplastos (Mr 11.000,2 Cu 2 \ las Hemocianinas (véase) y las proteínas de transporte de oxígeno de la sangre de los artrópodos y moluscos, que sólo contienen Cu2+ o Cu+. Con la excepción de las proteínas con tiolato de cobre (véase Metaloproteínas), las C. conocidas son enzimas

Curva de progresión

cuyo sustrato es el oxígeno o proteínas transportadoras de oxígeno. Incluso la Ceruloplasmina (véase), de la que se pensó durante mucho tiempo que sólo era una proteína de transporte, tiene actividad de oxidasa sobre compuestos insaturados, incluyendo Índoles. Algunas de estas reacciones de oxidasa incorporan la molécula entera de 0 2 en peróxido de hidrógeno, p.ej. las Amino oxidasas (véase) que contienen Cu catalizan la reacción RCH 2 NH 2 + 0 2 + H2 -> RCHO + H 2 0 2 + NH 3 y la galactosa oxidasa cataliza 0 2 + galactosa —> H 2 0 2 + galactohexosadialdosa. Un tipo más común de oxidasa con cobre incorpora sólo un átomo de 0 2 en el producto, mientras que el otro se reduce a agua. Algunos ejemplos importantes son: 1) dopamina p-monooxigenasa, EC 1.14.17.1, que hidroxila dopamina a noradrenalina (el ascorbato dona los hidrógenos para la reducción del segundo átomo de oxígeno); 2) monooxigenasas de monofenol (EC 1.14.18.1) que oxidan tirosina y otros fenoles; 3) lacasas (EC 1.10.3.2), de plantas superiores y hongos, especialmente los hongos blancos de la putrefacción, implicadas en el metabolismo de la Lignina (véase); y 4) la clásica tirosinasa (catecol oxigenasa, EC 1.10.3.1) que cataliza la primera etapa de la biosíntesis de Melanina (véase) a partir de tirosina. La citocromoc oxidasa (EC 1.9.3.1) y la ascorbato oxidasa (EC 1.10.3.3) reducen el 0 2 a dos moléculas de HjO. La Superóxido dismutasa (EC 1.15.1.1, véase) tiene un sustrato inusual, el ion radical superóxido. Véase Azurina. [R. Lontie (ed.) Copper Proteins and Copper Enzymes (CRC Press, Boca Ratón, 1984); T.G. Spiro (ed.) Copper Proteins (Wiley, New York, 1981)]. Curare, alcaloides del (Curare alkaloids): principios tóxicos de los venenos de las flechas y los cebos usados por los indios sudamericanos. A finales del siglo pasado, Boehm los clasificó en curares de olla, tubo o bambú, y calabaza, según los recipientes en los que los almacenaban los indios. Se han mantenido los términos porque dichos venenos tienen diferentes orígenes y distintas propiedades químicas y farmacológicas. Los venenos se extraen de las plantas con agua, la cual se hierve después para concentrarlos. Los curares de olla y tubo son bastante similares y no muy venenosos. Se obtienen de plantas del género Chondodendron y se guardan en ollas de arcilla o en tubos de bambú. Los alcaloides son isoquinolinas, de los que el más importante es la tubocurarina, bisbencil-isoquinolina. El curare de calabaza se obtiene de plantas del género Strychnos y se almacena en calabzas huecas. Contiene un gran número de alcaloides y

es extremadamente venenoso. Los alcaloides son derivados indólicos, de los que hay varios tipos: yohimbina (p.ej., mavacurina), estricnina (p.ej., aldehido Wieland-Gumlich) y bisindol (p.ej., toxiferina-I de calabaza). En la terminología científica actual, el curare sólo incluye los A.c. con efecto miorrelajante (paralizante), es decir, los alcaloides indólicos diméricos con un esqueleto de estricnina y dos átomos de nitrógeno cuaternario. Estos compuestos son extremadamente venenosos; los alcaloides E y G de calabaza están entre los compuestos más tóxicos conocidos. Causan la muerte por parálisis respiratoria. Efectos farmacológicos: Los A.c. interrumpen los impulsos nerviosos en las placas terminales de los nervios motores al desplazar la acetilcolina, lo que produce parálisis de los músculos estriados. Dado que se absorben muy lentamente en el intestino, los animales muertos con flechas envenadas se pueden comer sin peligro. Los efectos curarizantes se desencadenan antes, y permanecen más tiempo, si los compuestos se inyectan subcutánea o intramuscularmente. Debido a que la composición de las preparaciones naturales es variable, y a los efectos secundarios desagradables, los A.c. se han reemplazado en medicina por alcaloides puros o por análogos sintéticos o semisintéticos (p.ej., Aloferina). Se usan como relajantes musculares en operaciones, tétanos severo y calambres musculares nerviosos. Curcumina (Curcumin), amarillo turmérico, diferulilmetano: pigmento amarillo de las raíces y vaina de Curcuma longa L. que se cultiva en el sudeste de Asia. p.f. 183°C. La raíz seca se usa para las dolencias hepáticas y biliares y es un componente del polvo de curry. Se usa como colorante alimentario, tinte textil y como indicador (papel de c u r c u m i n a - á c i d o bórico). Se ha demostrado que la fenilalanina y el acetato/ malonato son precursores biosintéticos específicos.

Curcumina

Curva de progresión (Progress curve): en cinética enzimàtica, gráfico de la concentración de uno o varios reactivos (p.ej., sustratos, productos, complejos enzima-sustrato), o de una 195

Cuscohigrina

reacción enzimàtica en función del tiempo a lo largo del cual se realiza la reacción. Una C.p. se puede derivar teóricamente, preferiblemente con la ayuda de un ordenador (p.ej. simulándola a partir del esquema de Michaelis-Menten, haciendo ciertas suposiciones sobre los valores de las constantes de velocidad), o se puede obtener experimentalmente. La determinación experimental puede ser discontinua (análisis de muestras discretas a diferentes intervalos de tiempo) o continua (por monitorización continua de parámetros de una muestra única, p.ej. por espectrofotometría o polarografia). Están publicados el tratamiento matemático, detallado y el diseño de programas informáticos para C.p.

196

teóricas [W.W. Cleland Biochem. Biophys. Acta 67 (1963) 104; 67 (1963) 173; 67(1963) 188. Nature, 198 (1963) 463)]. Ninguna de estas publicaciones contiene representaciones gráficas de C.p. teóricas. Los originales de tales gráficos aparecieron por primera vez en los resúmenes de las clases de Cleland, y se han reproducido, p.ej., en todas las ediciones de Biological Chemistry de Mahler y Cordes publicadas por Harper y Row. Cuscohigrina (Cuscohygrine): véase Alcaloides pirrolidínicos. Cyd: abrev. de Citidina. Cys: abrev. de L-Cisteína. Cyt: abrev. de Citosina.

D

Daidzeína (Daidzein): 4',7-dihidroxisoflavona. Véase Isoflavona. Daidzina (Daidzin): 7-glucósido de daidzeína. Véase Isoflavona. Dalton (Dalton) (símbolo Da), unidad de masa atómica (símbolo u): el símbolo, u, de esta unidad, puede inducir a confusión ya que también representa unidad, y los múltiplos y submúltiplos, p.ej. mu, pueden ser equívocos. El término unidad de masa atómica, es también muy largo. En 1981, el NC-IUB y el JCBN propusieron al Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) la aprobación del nombre «dalton» (símbolo Da) como alternativa al nombre «unidad de masa atómica». El dalton es la doceava parte de la masa del núclido 12C, e igual a 1,6605655 x 10~27 kg. Dalton, complejo de (Dalton complex): véase Dictiosomas. Datura, alcaloides de (Datura alkaloids): véase Alcaloides tropánicos. DBO (BOD): véase demanda bioquímica de oxígeno. DCMU: véase diclorofenildimetilurea. ddATP: véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. ddCTP: véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. ddGTP: véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. ddTTP: véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. Decoyinina (Decoyinin): véase Angustimicina. Deficiencia de galactoquinasa (Galactokinase deficiency): véase Errores congénitos del metabolismo. Deficiencia de galactosa epimerasa (Galactose epimerase deficiency): véase Errores congénitos del metabolismo. Deficiencia proteica (Protein deficiency): véanse Malnutrición proteína-energía, Kwashiorkor, Marasmo.

Deleción (Deletion): forma de mutación que corresponde a la pérdida de uno o más nucleótidos del DNA, o de un fragmento entero de un cromosoma; una forma de mutación. Deleción clonal, teoría de la (Clonal deletion theory): véase Inmunoglobulinas. Delfinidina (Delphinidin): catión 3,3',4',5,5',7hexahidroxiflavilio, aglicona de muchas Antocianinas (véase). Los glicósidos de D. están ampliamente distribuidos en plantas y son responsables de los colores azul y malva de muchas flores y frutos. Ejemplos importantes son tulipanina (3-ramnoglucósido), pigmento de diversos tulipanes, violanina de los pensamientos (Viola tricolor) y delfinina (3,5-di-P-glucósido) de Salvia y Delphinium. Demanda bioquímica de oxígeno (Biochemical oxygen demand), DBO: velocidad a la que se consume el oxígeno disuelto en el agua por la oxidación microbiana de compuestos orgánicos presentes en la misma. Demanda cuántica (Quantum requirement): número de cuantos de luz que se necesitan para la formación de una molécula de 0 2 en la Fotosíntesis (véase); se necesitan dos cuantos por electrón. El valor teórico de la D.c. es ocho, dado que la producción de una molécula de 0 2 se realiza según la siguiente ecuación, con transferencia de cuatro electrones desde el agua (véase Fotolisis del agua) al NADP*: 2 HzO -> 0 2 + 4 H* + 4e~ El valor de la D.c., calculado experimentalmente, es 8-10 en las hojas y 10-14 en cloroplastos aislados. El valor depende del estado fisiológico del sistema experimental. El inverso de la D.c. es el rendimiento cuántico (o eficacia cuántica), que representa, por tanto, el número de moléculas transformadas (es decir, moléculas de C0 2 liberadas) por cuanto de luz absorbido. 197

Demecolcina

Demecolcina (Demecolcine): véase alcaloides de Colchicum. Demisina (Demissine): uno de los alcaloides de Solanum, un esteroide aislado en patatas silvestres (Solanum demissum). Es un glicoalcaloide formado por la base esteroide demisidina, 5 a solanidan-3P-ol, Mr 399,67 p.f. 221-222°C, [a] D +30 (cloroformo) y el tetrasacárido P-licotetrosa (D-galactosa, D-xilosa y 2 residuos de D-glucosa). La aglicona demisidina difiere estructuralmente de la solanidina (véase a-Solanina) por no tener doble enlace en C5 y tener configuración 5 a . Repele las larvas del escarbajo de la patata, por lo que protege a la patata silvestre de estos insectos. Dendrobium, alcaloides de (Dendrobium alkaloids): grupo de alcaloides terpénicos producidos por varias especies de orquídeas del género Dendrobium. Son sesquiterpenos con un átomo de nitrógeno heretocíclico. Son interesantes porque raramente se encuentran alcaloides en plantas monocotiledóneas. Densidad de flotación (Buoyantdensity): véase Centrifugación en gradiente de densidad. Densidad óptica (Optical density): véase Absorbancia. Deposiston (Deposiston): véase inhibidores de la Ovulación. Depsipéptidos (Depsipeptide): polipéptidos que contienen enlaces éster y enlaces peptídicos. Los D. naturales son generalmente péptidos cíclicos, también llamados peptólidos, que generalmente tienen a o P - h i d r o x i á c i d o s c o m o heterocomponentes. En sentido amplio, el grupo incluye también O-péptidos y lactonas peptídicas. Las lactonas peptídicas más importantes son Actinomicinas, Etamicina y Equinomicina (véanse); los peptólidos incluyen Eniatinas, Valinomicinas, Esporidesmólidos, Serratamólidos, Esperina (véanse), etc. Son productos metabólicos de microorganismos y a menudo poseen potente actividad antibiótica. Muchos D. se pueden sintetizar químicamente por métodos muy similares a los utilizados para la síntesis de péptidos. Desrepresión (Derepression): liberación de la represión de la transcripción de un operón. En o r g a n i s m o s p r o c a r i ó t i c o s se p r o d u c e por inactivación del represor, sea por la eliminación del correpresor (véase Represión enzimàtica) o por la unión del inductor (véase Inducción enzimàtica). Se desconoce el mecanismo de D. en células eucariotas, pero debe implicar la participación de 198

proteínas reguladoras y efectores tales como hormonas (véase Activación génica). Derivación metabólica (Metabolic bypass): véase cortocircuito Metabólico. Dermatano, sulfato de (Dermatan sulfate): antes denominado P-heparina y s u l f a t o de condroitina B. Es un mucopolisacárido que contiene ácido L-idurónico unido por enlace a-1,3 al 4-sulfato de /V-acetil-D-galactosamina, el cual se une por enlaces a-1,4 al siguiente residuo de ácido idurónico. Véase sulfato de Condroitina. Desacoplador (Uncoupler): compuesto químico que impide la fosforilación oxidativa del ADP a ATP en la cadena respiratoria, sin afectar al transporte de electrones. Por tanto, desacopla la respiración y la formación de ATP; la respiración continúa o incluso aumenta, pero no produce energía. Son D. importantes 2,4-dinitrofenol (abrev. DNP), dicumarol, carbonil-cianofenilhidrazona, salicilanilida, etc. Estos c o m p u e s t o s afectan a la fosforilación oxidativa pero no a la fosforilación del sustrato en la glicólisis. Es probable que el D. destruya o descargue un estado rico en energía o un intermediario generado por el transporte de electrones. Se cree que en la producción de calor en el tejido de grasa parda puede estar implicado un desacoplamiento de la fosforilación oxidativa. Véase Fosforilación oxidativa; Ionóforo. Desanimación (Deamination): eliminación del grupo amino, -NH 2 , de un compuesto químico, a) La D. Oxidativa está catalizada por Enzimas flavínicas (véase) y enzimas de nucleótidos de piridina. Los aminoácidos se desaminan oxidativamente a cetoácidos (véase Aminoácidos, Tabla 3). b) La transaminación implica transferencia de un grupo amino desde un compuesto amino a un compuesto ceto, y es importante en la síntesis de aminoácidos a partir de intermediarios del ciclo TCA. La reacción contraria introduce el exceso de aminoácidos en el ciclo para su oxidación. También se puede eliminar amonio de un compuesto, dejando un doble enlace, como en la D. de L-aspartato a fumarato. D e s a s i m i l a c i ó n ( D i s s i m i l a t i o n ) : véase Catabolismo. Descarboxilación (Decarboxylation): escisión de un grupo carboxilo de un a-cetoácido produciendo C0 2 , proceso que se realiza varias veces en el ciclo TCA (véase). La D. de los P-cetoácidos se suele producir espontáneamente. En los sistemas biológicos, la D. oxidativa de a-cetoácidos requiere coenzimas como pirofosfato de tiamina,

Desnaturalización

ácido lipoico, coenzima A, FAD o NAD. La D. oxidativa del Piruvato (véase) a acetil-CoA y del oc-cetoglutarato a succinil-CoA son puntos confluentes de muchas rutas metabólicas. La D. de aminoácidos está catalizada por enzimas de fosfato de piridoxal y produce aminas biógenas. Descarboxilasas (Decarboxylases): enzimas que catalizan la eliminación de C 0 2 (véase Descarboxilación) de losa-cetoácidos. Una de las más importantes es la Piruvato descarboxilasa (véase) que transforma el piruvato en acetaldehído. Requiere pirofosfato de tiamina como coenzima. Deshidrobufotenina (Dehydrobufotenin): un Veneno de sapo (véase) de Bufo marinus. Mr 202. La dosis letal mínima para el ratón es 6 mg/kg. 7-DeshidrocolesteroI(7-DehydrocholesteroI), provitamina Dy colesta-5,7-dien-3P-ol: zoosterol (véase Esteróles). Ai 384.6, p.f. 150°C, [a]*' -114° (c = 1 en cloroformo). Se encuentra en cantidades relativamente altas en la piel del hombre y de animales, donde se convierte en vitamina D 3 por los rayos UV, los cuales permiten la prevención y cura del raquitismo.

7-Deshidrocolesterol 24-Deshidrocolesterol (24-Dehydrocholesterol): véase Desmosterol. 11 -Deshidrocorticosterona (11 -Dehydrocorticosterone), sustancia A de Kendall, 21hidroxipregn-4-eno-3,ll,20-triona: hormona glucocorticoide de la corteza suprarrenal. Ai 344,43, p.f. 178-180°C, [a]¿ 5 +258° (etanol). D e s h i d r o g e n a c i ó n (Dehydrogenation): eliminación de hidrógeno de una sustancia reducida, que por tanto se oxida. La D. enzimàtica está catalizada por deshidrogenasas u oxidasas. En general, se eliminan a la vez 2 átomos de H (y 2 electrones). La reacción contraria se llama hidrogenación. Son comunes las siguientes D. metabólicas:

Compuestos saturados Alcoholes Hidratos de aldehidos Nucleótidos de dihidropiridina Nucleótidos de flavina reducidos Hidroquinonas Aminas

—> —» —>

—> —>

Compuestos insaturados Carbonilos Ácidos carboxílicos Nucleótidos piridínicos Nucleótidos de flavina oxidados Quinonas Iminas

La D. de aminoácidos y aminas produce compuestos imino inestables que reaccionan espontáneamente con agua, produciendo amonio y los correspondientes compuestos carbonílicos. Los aminoácidos se convierten por esta vía en los cetoácidos análogos. DeshidrogenasaS (Dehydrogenases): enzimas redox que extraen hidrógeno (2H+ + 2e~) de un sustrato (donante de hidrógeno) y lo transfieren a un segundo sustrato (aceptor de hidrógeno). Hay dos grupos principales: las que requieren nucleótidos de piridina y las que requieren coenzimas de nucleótidos de flavina (véase Enzimas flavínicas). Las primeras transfieren el hidrógeno al NAD + o al NADP + como aceptores primarios. Desmina (Desmin): proteína fibrosa de las células musculares; componente de los filamentos intermedios (véase Citoesqueleto). Air de la subunidad, 52.000. Está e s t r u c t u r a l m e n t e relacionada con las a-queratinas (véase Queratinas). Desmoplaquinas (Desmoplakins): proteínas fibrosas presentes en la cara citoplásmica de los d e s m o s o m a s (regiones de c o n t a c t o de la membrana plasmática de células epiteliales contiguas). Unen los tonofilamentos (véase Citoesqueleto) a la membrana plasmática. Desmosina (Desmosine): véase Elastina. Desmosterol (Desmosterol): 24-deshidrocolesterol, 5a-colesta-5,24-dieno-3P-ol: un zoosterol (véase Esteróles). Difiere del Colesterol (véase) por tener un doble enlace extra entre C-24 y C-25. Es intermediario en la biosíntesis de colesterol (véase Esteroides). Se ha aislado en el percebe Balanus glandula, en embriones de pollo y piel de rata. Desnaturalización (Denaturation): cambio estructural de los biopolímeros que destruye su configuración nativa activa. Se produce por calor, cambios de pH o agentes químicos. Véase ácidos Nucleicos; Proteínas. 199

Desnitrificación Desnitrificación (Denitrification): véase reducción del Nitrato. 5'-Desoxiadenosilcobalamina (5-Deoxyadenosylcobalamin), coenzima B¡y coenzima DBC (DBC = dimetilbenzimidazol-cobamida): una de las formas coenzimáticas de la vitamina B12 (véase Vitaminas). En este compuesto la 6a posición de coordinación del átomo de cobalto situado en el centro del anillo corrinoide se une covalentemente al C-5' de la desoxiadenosina. Otras coenzimas de cobamida contienen una base N-heterocíclica distinta del dimetilbencimidazol. La D. es coenzima de ciertas reacciones de isomerización (Fig. 1). En la isomerización de ácido L-glutámico a ácido ß-metilaspärtico (I), hay una transferencia reversible de la fracción glicina del L-glutamato desde el C-2 al C-3 de la fracción ácido propiónico al tiempo que se desplaza un átomo de H en dirección contraria. En la conversión de metilmalonil-CoA a succinil-CoA (II), el grupo tioéster se desplaza desde el segundo al tercer C del ácido propiónico que forma parte del metilmalonilCoA. Esta reacción interviene en la degradación biológica de aminoácidos ramificados y en el metabolismo del ácido propiónico de Propionibacterium. Las coenzimas de cobamida también están implicadas en la degradación de L-lisina a ácidos grasos y amonio en Clostridium y en la conversión de 1,2-dioles en aldehidos en diversos microorganismos (Fig. 2). 5'-Desoxiadenosina (5'-Deoxiadenosine): desoxinucleótido ß-glicosidico (véase Nucleósidos), componente importante de la vitamina B12 (véase 5'-Desoxiadenosil cobalamina). S-(5'-Desoxiadenosina-5')-metionina (S-(5'deoxiadenosine-5')-methionine): véase SAdenosil-L-metionina.

COOH

COOH

I

I I

HC—NH,

HC—NH2 CH,—CH,—COOH

C~SCoA '

H3C—CH-COOH

0 o

H f -CH-COOH Ácido ß-metilaspärtico

„ C~SCoA

— I

CH2— CH— COOH Succinil-CoA

Figura 1. Reacciones de isomerización. 200

OH OH H H

HOx H3 /

/OH H

3

H

r?

CH,

H Adenina

lH \ 5'-Desoxiadenosilcoba lamina

HO""-^

OH

)c—cv H,C

I \

I

H Adenina 5'-Desoxiadenosina (unida a la enzima)

Adenina

CH3-CH2-CH0 Propionaldehído ( 3 H unido a C-2

yC-1)

5'-Desoxiadenosilcobalamina ( 3 H unido a C-5')

Figura 2. Mecanismo de acción de la 5'-desoxiadenosilcobalamina como cofactor de la propanodiol dehidratasa (EC 4.2.1.28). El mecanismo implica la migración de 3H desde el C-1 al C-2 del sustrato y al C-5' del cofactor. La misma enzima también deshidrata el etilenglicol a acetaldehído.

Desoxiazúcares (Deoxy sugars): monosacáridos en los que uno o más grupos hidroxilo han sido sustituidos por hidrógenos. Hay dos tipos, los que tienen un grupo metilo en posición terminal, como las 6-desoxihexosas L-fucosa y Lramnosa y los que carecen de grupo hidroxilo en el medio de la molécula como la 2-desoxi-D-ribosa (componente del DNA). Los D. son a menudo componentes de glicósidos; p.ej. la D-digitoxosa es el componente azucarado de muchos glicósidos de digitalis. Desoxicólico, ácido (Deoxycholic acid), ácido 3a,12arliibridoxi-5fl-colan-24-oico: ácido biliar. A/ 392,56, p.f. 176-177°C, [a]»+55 CT (enetanol). Se encuentra en la bilis de la mayor parte de los mamíferos, incluidos el hombre, perro, buey, oveja

Desoxirribonucleico, ácido

y conejo. Se usa como producto inicial para la síntesis parcial de hormonas esteroides de importancia terapéutica. 3-Desoxigiberelina C (3-Deoxygibberellin C): véase Giberelinas. Desoxihemoglobina (Deoxyhemoglobin): véase Hemoglobina. 6-Desoxihexosas (6-Deoxyhexoses): véanse 5Metilpentosas, Desoxiazúcares. Desoxinucleósido fosforilasas (Deoxynucleoside phosphorylases): véase Nucleósidos, ruta de Recuperación. Desoxinucleósidos (Deoxy nucleosides): véase Nucleósidos. Desoxinucleótido (Deoxynucleotide): véase Nucleótidos. Desoxinucleótidos, biosíntesis de (Deoxynucleotide biosynthesis): véase Nucleótidos. Desoxirribonucleasa I (Deoxyribonuclease I) (EC 3.1.21.1): enzima que ataca preferentemente DNA de doble hélice produciendo 5'-fosfodi- y -oligonucleótidos por escisión endonucleotídica. Se inhibe por una proteína de M 49.000. Desoxirribonucleasa II (Deoxyribonuclease II) (EC 3.1.22.1): enzima pancreática (M 31.000) con una sola cadena polipeptídica, pH óptimo 7, que requiere calcio para su actividad y para su estabilidad. Desoxirribonucleico, ácido (Deoxyribonucleic acid), abre v. DNA: originalmente se denominó DNA tímico. Es un polímero de desoxirribonucleótidos presente en todas las células vivas y en algunos virus. Es el portador de la información genética que se transmite de generación en generación mediante la exacta replicación de la molécula de DNA. Estructura: Cada mononucleótido del polímero de DNA consiste en 2-desoxirribosa fosforilada unida por enlace glicosídico a una de las cuatro bases: adenosina, guanina, citosina o timina (abrev. A, G, C o T respectivamente). En el DNA de los organismos superiores, algunas citosinas están metiladas en posición 5, y en el DNA de bacteriófagos están reemplazadas por hidroximetilcitosina. Para la estructura de las bases, véase Nucleosidios. Los mononucleótidos están unidos por enlaces 3',5'-fosfodiéster (véase ácidos Nucleicos; Fosfodiésteres) formando una cadena lineal no ramificada. El contenido de bases del DNA varía considerablemente en diferentes organismos (desde 18% de A en el bacilo de la tuberculosis a

30% de A en el DNA de timo de ternera), aunque la cantidad de A es siempre igual a la de T y la de G a la de C (véase Contenido CG). Este hecho, junto con los resultados obtenidos por Wilkins y Franklin por difracción de rayos X del DNA, permitieron a Watson y Crick proponer el modelo de doble hélice de la estructura del DNA [Nature 171 (1953) 737], Las ciencias biológicas se revolucionaron tras este concepto. Según el modelo de Watson-Crick, la molécula de DNA consiste en dos hebras complementarias, pero no idénticas, que giran en espiral alrededor de un eje imaginario común. Las dos hebras están compuestas por fosfatos de azúcar con las bases sobresaliendo a intervalos regulares hacia el interior de la hélice. Las dos hebras se mantienen unidas mediante puentes de hidrógeno entre las bases de las hebras opuestas. Para que las hebras se ajusten a la hélice, la purina de una hebra debe estar siempre enfrentada con una pirimidina de la otra hebra. Los puentes de hidrógeno sólo se pueden formar (por imperativo de la hélice) entre adenina y timina (A-T) o entre guanina y citosina (G-C), de modo que la secuencia de bases a lo largo de una de las cadenas determina la secuencia de la otra (véase apareamiento de Bases). La información genética está codificada en la secuencia de bases del DNA (véase Código genético). Las dos cadenas son antiparalelas, lo que significa que los fosfodiésteres entre las unidades de desoxirribosa van en sentido 3' —> 5' en una cadena y 5' —» 3' en la otra. En la mayoría de los organismos, sólo se transcribe una de las hebras, la «codogénica», mientras que la otra es «no codogénica». La doble hélice no es simétrica, presentando entre las cadenas un surco mayor y otro menor lo que proporciona la orientación estérica para la replicación y la transcripción (Fig. 1). Esta doble hélice dextrosa, con 10 pares de bases por vuelta de hélice, se denomina DNA-B, y es probablemente la estructura que presenta el DNA relajado (es decir, descondensado). Sin embargo, se acepta de forma general que el DNA es una molécula dinámica, con diferentes conformaciones en equilibrio entre sí. Este equilibrio depende de la secuencia nucleotídica, la fuerza iónica del medio, la presencia de proteínas (p.ej., Histonas (véase) y otras proteínas que se unen al DNA) y el grado de tensión topològica a que está sometida la molécula. 201

Desoxirribonucleico, ácido

202

Desoxirribonucleico, ácido

Se ha demostrado que el fragmento de DNA d(CpGpCpGpCpG) cristaliza como doble hélice sinestrorsa [A. Wang et al., Nature 282 (1979) 680-686]. Esta estructura se conoce como DNAZ porque una línea imaginaria que uniera los grupos fosfato alrededor de la superficie externa de la molécula describiría un trazado en zig-zag. (En el DNA-B, los grupos fosfato siguen una suave espiral) (Fig. 1). Las dos cadenas del DNA-Z son antiparalelas y las bases complementarias se unen por puentes de hidrógeno como en el DNA-B, pero la orientación de las bases hacia el eje imaginario de la molécula es diferente de las del DNA-B. En el DNA-Z, los anillos coplanarios de las bases siguen estando a unos 90° del eje de la molécula y más o menos paralelos entre sí, pero están girados 180° en comparación con las bases del DNA-B. En el caso de la guanina, esto se produce por rotación alrededor del enlace glicosídico, de manera que este residuo tiene configuración sin; en el caso de la citosina, giran la base y la desoxirribosa mantiene de modo que el residuo la conformación anti. El resultado es una orientación alternante de los azúcares adyacentes: el Ol'de la dG apunta hacia abajo y el 0 1 ' de la dC apunta hacia arriba. Por ello, la unidad repetitiva del DNA-Z es un dinucleótido (en el DNA-B es un mononucleótido). (Véase Tabla 1). Un tercer tipo de hélice es la observada en estudios de difracción de rayos X de DNA en

Tabla 1. Comparación de los DNA de tipo

condiciones de baja humedad (75%). El DNA-A es dextrorso, como el DNA-B, pero tiene casi 11 pares de bases por vuelta de hélice, inclinadas 13° respecto al plano perpendicular al eje de la hélice, y tiene el surco mayor más profundo que el de la forma B. Dado que los 2'-OH de las fracciones ribosa del R N A le i m p i d e n a d o p t a r u n a conformación B, se ha sugerido que los híbridos DNA-RNA deben tener conformación A. Los valores medios de los parámetros de las tres formas de hélice se muestran en la Tabla 1. El «alabeo» («propeller twist») de un par de bases es el ángulo que forman sus planos. (Se puede considerar el DNA como una escalera en la que cada escalón está formado por un par de bases, las cuales, en vez de forma de tablón plano, están alabeadas como las aspas de una turbina). El «balanceo de las bases» («base roll») y la «inclinación de las bases» («base inclination») se refieren al plano medio de los pares de bases. La inclinación de las bases es el ángulo entre este plano medio y el plano perpendicular al eje de la hélice, mientras que el balanceo de bases es el ángulo entre dos pares de bases sucesivas. Como se puede observar en la tabla, las desviaciones estándar del alabeo, el balanceo y la inclinación de las bases son grandes. Esto se debe probablemente a interacciones esféricas entre ellas; algunas combinaciones pueden estar más apretadas que otras. Las atracciones de Van der Waals

B,AyZ DNA-B

DNA-A

DNA-Z

derecha 10,0 20 Á 3,4 Á

derecha 10,9

izquierda 12,0 18 Á G-C, 3,5 Á C-G, 4, 1 Á

Sentido de giro de la hélice Residuos por vuelta Diámetro de la hélice Distancia entre pares de bases adyacentes a lo largo del eje (= ascenso por residuo) Longitud de una vuelta de hélice (= paso de rosca) Rotación relativa de los pares de bases adyacentes (= giro medio de la hélice) media

34 Á

32 Á

45 A

36°

33°

G-C -51° C-G - 8,5°

rango observado Alabeo Balanceo de las bases Inclinación de las bases

16-44° 11,7 ±4,8 -1,0 ±5,5° -2,0 ± 4,6°

28-42° 15,4 ± 6,2 5,9 ±4,7° 13,0 ± 1,9°

2,9 Á

4,4 + 2,8 3,4 ±2,1° 8,8 ± 0,7 203

Desoxirribonucleico, ácido

entre las bases aseguran que encajen de la forma más ajustada posible. Las variaciones en los parámetros de las hélices son por tanto debidas a la secuencia de bases, y presumiblemente son reconocidas por proteínas cuya función requiere el reconocimiento de secuencias específicas. [Richard E. Dickerson, The DNA Helix and How It is Read, Scientific American 249 (1983) 94-112], El eje del DNA-B pasa a través de los pares de bases mientras que el eje del DNA-Z está prácticamente vacío y hacia el centro de su molécula se extiende un surco profundo y estrecho; parte del anillo imidazólico de la guanina está expuesto sobre la superficie convexa externa de la molécula, por lo que la doble hélice del DNAZ parece una cinta de tela, con el borde aserrado por los grupos fosfato, que envuelve un eje central imaginario. En solución, el poli(dG-dC)(dG-dC) existe en las conformaciones B o Z. La interconversión entre ellas se puede medir por la inversión del espectro de dicroísmo circular de la molécula. [F.M. Pohl & T.M. Jovin, J. Mol. Biol. 67 (1972) 375-396], Los DNA-Z y DNA-B son inmunológicamente distintos, y utilizando anticuerpos específicos se ha demostrado que el plásmido superenrollado pBR322 contiene una sección de secuencia DNA-Z sinestrorsa, d(CpApCpGpGpGpTpGpCpGpCpApTpG) [A. Nordheim et al. Cell 31 (1982) 309-318]; por tanto, la conformación Z no está restringida a las secuencias poli(dG-dC). En este caso, la formación de la estructura-Z está favorecida porque libera la tensión causada por el superenrollamiento. Probablemente los DNA-B y DNA-Z existen como familias de estructuras estrechamente relacionadas cuyos miembros difieren entre sí por ligeras diferencias de conformación. Se han descrito dos de tales conformaciones del DNA-Z (Zt y Z n ). Algunos DNA víricos tienen una única cadena enrollada y no una doble hélice. Ambos DNAs, de cadena sencilla o doble, pueden formar moléculas circulares, en forma de anillo (bacterias y mitocondrias). Los anillos pueden presentar mayores grados de enrollamiento (Superhélices, véase), cuyo número depende del tamaño de la molécula (33-44 en el caso del DNA mitocondrial). Como la doble hélice debe desenrollarse para que se separen las cadenas cuando la molécula se va a replicar, algunos científicos han sospechado 204

que la doble hélice observada por difracción de rayos X del DNA cristalino podría no existir en solución. Por ejemplo, Rodley et al., propusieron en 1976 el modelo «lado a lado» (side-by-side) en el que las dos cadenas no giran una sobre otra. Sin embargo, Iwamoto y Hsu demostraron en 1983 que las dos cadenas de un segmento de 39 pares de bases de DNA de doble cadena en solución habían girado una alredor de la otra 3 ó 4 veces hacia la derecha, lo cual es coherente con la doble hélice pero no con el modelo lado a lado. [S. Iwamoto and M.-T. Hsu, Nature 305 (1983) 70-72. F.H.C. Crick, Proc. Nati. Acad. Sci. U.S.A. 73 (1976) 2639-2643], Por estudios conformacionales del DNA de doble hélice, Cyriax y Gath concluyeron en 1978 que podían existir transiciones entre las estructuras en doble hélice y otras no enrolladas. La conformación de la transición no enrollada se denominó conformación en escalera cis porque las cadenas de fosfato de azúcar tienen una posición similar a cis respecto a los pares de bases, las cuales están alineadas como los peldaños de una escalera. Las cadenas de DNA pueden pasar desde la conformación en escalera cis a otras conformaciones, incluyendo hélices, sin generar tensiones en la molécula, de modo que se puede considerar esta estructura como una forma de transición entre la doble hélice y el estado monocatenario, y también entre la doble hélice y otras estructuras de orden superior. El peso molecular del DNA es difícil de medir ya que las moléculas se rompen muy fácilmente durante su extracción. La A/ más alta obtenida es 109 (unos 2 x 106 pares de bases), pero la Ai estimada del DNA de Escherichia coli es de 2,8 x 109 (unos 34 x 106 pares de bases). (La molécula circular del DNA de£. coli se ha fotografiado con microscopía electrónica). La medida de la A/ de DNA de mamíferos es mucho menor (108), pero esto puede ser debido a la dificultad de separarlo de las proteínas cromosómicas. Existe evidencia genética de que el DNA de cada cromosoma es una cadena gigantesca que tiene que ser unas 10-20 veces más larga que el DNA de E. coli. La molécula de DNA de E. coli es de unos 1.000 (im de largo, y el de las mitocondrias de unos 50 (J.m. El DNA procariótico está unido a la membrana formando anillos gigantes; a veces las células contienen también fragmentos más pequeños, los Plásmidos (véase) o episomas. Aproximadamente el 95% del DNA de una célula eucariótica típica

Desoxirribonucleico, ácido

está en el núcleo unido a proteínas, en los Crom o s o m a s ( v é a s e ) . Las m i t o c o n d r i a s y los cloroplastos también contienen DNA (DNA extracromosómico), el cual representa 1-2% del total en mitocondrias y 5% en los cloroplastos. La cantidad de DNA total por célula varía ampliam e n t e en d i s t i n t a s e s p e c i e s , pero en cada organismo es constante (excepto en las células germinales de los organismos diploides que contienen la mitad que las células somáticas). El DNA de una célula se puede fraccionar, según la composición de sus bases (véase Contenido CG), por centrifugación en gradiente de densidad de CICs. Las fracciones se caracterizan por su densidad de flotación, expresada en g de CICs/ c m \ Por ejemplo, el DNA de hígado de ratón tiene una fracción principal (1,702) y DNA satélite (véase) (1,691). El DNA nuclear de Euglena tiene una densidad de flotación de 1,707, el mitocondrial 1,691 y el de los cloroplastos 1,686. Replicación del DNA: Cada hebra del dúplex parental actúa como molde para la síntesis de una nueva cadena c o m p l e m e n t a r i a , es decir, la replicación es semiconservativa. Esto se demostró por el clásico experimento de Meselson y Stahl (véase). La replicación requiere por tanto la rota-

horquilla

» horquilla Replicación unidireccional

Replicación bidireccional

. hebra parental - hebra hija

Figura 3. Replicación unidireccional y bidireccional del DNA procariótico y viral. El mecanismo de replicación bidireccional se realiza en Escherichia coli y en otras bacterias y muchos virus DNA. El mecanismo unidireccional se ha observado en ciertos plásmidos. Los estudios autorradiográficos indican que la estructura circular se mantiene durante todo el proceso. Algunos DNAs víricos se replican por un mecanismo de círculo rodante unidireccional (Fig. 4).

DNA parental

^

Orígenes de la replicación /

.1.

dúplex hijos

-Jt

'

—

,

^

\V/V

* r\ \

1

—T

2 cadenas dobles hijas

Figura 2. Replicación de un cromosoma eucarióíico. La replicación sucede simultáneamente en diferentes sub-regiones que eventualmente se unen entre sí, produciendo dos cadenas dobles hijas. Tras la iniciación, que probablemente implica la rotura de una de las hebras, el círculo se desenrolla progresivamente y se replica en el sentido de las agujas del reloj (Fig. 3).

escisión por nucleasa

Figura 4. Mecanismo de replicación en círculo rodante de ciertos DNAs víricos. Primero se escinde (mella) enzimàticamente la molécula de DNA parental. Se añaden nuevas unidades de nucleótidos al extremo 3' de la hebra rota y el crecimiento continuo de la hebra nueva desplaza la cola 5' de la hebra rota del molde en círculo rodante. La cola 5' se transforma así en un molde lineal para la síntesis de una hebra complementaria nueva. El dúplex originado a partir del extremo 5' se libera del otro dúplex hijo por una nucleasa. Según Jacob y Brenner, la síntesis de DNA está reprimida durante parte del ciclo celular, aparentemente por acción de represores específicos. La replicación se inicia por la síntesis de una proteína iniciadora codificada por el gen regulador J. Esta proteína activa el replicador, punto inicial de la síntesis (Fig. 5). 205

Desoxirribonucleico, ácido

Figura 5. Modelo del reguión de la regulación de la replicación de DNA bacteriano circular.

Figura 6. Horquilla de replicación del DNA. Las flechas indican la dirección de la síntesis.

regulador en la iniciación, ya que el punto de unión está próximo a la región replicadora. Además, la DNA polimerasa y las proteínas iniciadoras están asociadas a la membrana. El proceso de replicación debe ocurrir a gran velocidad, ya que, en condiciones óptimas de crecimiento, E. coli se divide cada 20 minutos. Esto requiere la replicación de al menos 133.000 pares de bases (133 kbases) o 50 |im de DNA por minuto. La replicación del DNA en eucariotas es mucho más lenta. El proceso está catalizado por una DNA polimerasa (EC 2.7.7.7) que une los cuatro trifosfatos de 5'-nucleósido en la cadena lineal de DNA, usando DNA de cadena sencilla como molde. Cada nucleótido pierde un grupo pirofosfato (PP.) y la energía acumulada en esos enlaces se utiliza para la reacción. La enzimología de la síntesis de DNA no está completamente clarificada. La síntesis se realiza en sentido 5' —» 3' (dado que la asociación de las hebras es siempre antiparalela, la hebra molde se lee en sentido 3' —> 5'). La replicación depende de 20 o más e n z i m a s y proteínas. Las etapas secuenciales de la replicación incluyen reconocimiento del origen o punto inicial del proceso, desenrollamiento del dúplex parental (por helicasas, véase Topoisomerasas), mantenimiento de la separación de las cadenas en la región de replicación, iniciación de la síntesis de las cadenas Hebra parental de DNA

ción de toda la molécula parental o un mecanismo que rompa y reúna de nuevo las hebras. La doble cadena del DNA circular no se puede replicar si no se produce al menos una rotura y una unión. Cuando se separan las hebras, cada base se une a una base complementaria del pool de nucleótidos por apareamiento de bases, por lo que la secuencia de nucleótidos de la nueva cadena está determinada por la secuencia de la antigua. Este mecanismo permite que la información genética (la secuencia de bases) se reproduzca y pase a las siguientes generaciones. El DNA de los cromosomas eucariotas se divide en subregiones replicativas (replicones; Fig. 2) pero el DNA bacteriano se replica en una sola unidad. El DNA circular permanece unido a la membrana celular durante todo el proceso de modo que cuando la célula se divide, cada célula hija recibe una molécula completa de DNA. Sin embargo, la unión a la membrana podría tener un efecto 206

ZI 5' 33' Trifosfatos de ribonucleótidos

Primasa

^PP.

•vt 5'MB3'

5'C

RNA

DNA polimerasa

III

125' 33'

Trifosfatos de desoxirribonucleótidos PP.

3 5' 3 3'

3'C 51

RNA

Trifosfatos de desoxirribonucleótidos

DNA polimerasa I ^ PP, + Ribonucleótidos

3't 5'1_

3 3'

FRAGMENTO DE OKAZAKI

DNA ligasa

Escisión de ATP (animales) Escisión de NAD (bacterias)

3 5' 33'

3'£I 5'C Hebra hija de DNA

Figura 7. Papel del RNA cebador y los fragmentos de Okazaki en la replicación del DNA.

Desoxirribonucleico, ácido hijas, alargamiento de dichas cadenas, enrolla-

conocidas actúan siempre en dirección 5' —> 3'.

miento de la doble hélice (véase Topoisomerasas)

L a cadena parental (5' —» 3') se replica en frag-

y terminación del proceso. E l complejo de factores

mentos pequeños (de unos 2 . 0 0 0 nucleótidos en

implicados en la replicación se denomina

bacterias y menos de 2 0 0 en células animales).

de replicación

del

DNA o replisoma

sistema

(Tabla 2;

Estos fragmentos, denominados fragmentos Okazaki,

F i g . 6).

de

se unen después por una D N A ligasa.

P o r estudios autorradiográficos está claro que

Cada fragmento de Okazaki se sintetiza c o m o una

la síntesis se produce simultáneamente desde el

extensión de un corto R N A cebador (de unos 10

extremo 3' de una de las cadenas parentales y desde

n u c l e ó t i d o s ) . E l R N A c e b a d o r se sintetiza en

el 5' de la otra, pero las tres D N A polimerasas

dirección 5' —»3' de la hebra molde del D N A que

Tabla 2. Algunos constituyentes del replisoma de Escherichia coli

Proteína

Mr X 1.000

N" de subunidades

Función

N" de moléculas por célula

74

4

66 28 76 17 29 300 60

3 2

Holoenzima DNA polimerasa III formada por:

760

2

a

1 1 1 1 1 1

Elongación de la cadena

X

140 25 10 37 52 32 83

DNA polimerasa I

102

1

Escisión del cebador y sustitución por DNA

300

74

1

Unión de los fragmentos de Okazaki

300

400 210 190

4 2 2

Superenrollamiento

Helicasa I (proteína rep) Helicasa II

65 75

1 1

Helicasa Helicasa

dnaA

48

_

Unión al origen de replicación

Proteínas de unión al DNA de hebra simple ( S S B ) Proteína Proteína Proteína Proteína dna C dna B Primasa

i n n' n"

£

9 P Y 5

Ligasa

Girasa, formada por: GyrA GyrB

1 1 1 6 1

Unión a la hebra simple tras la apertura de la hélice

Ensamblaje del primosoma. Iniciación de la acción del primosoma. Formación del RNA cebador

300

50 80 70 -

100 20 50 20

-

1

-

300 20 -

—

250 25 50 5.000

207

Desoxirribonucleótidos

se está replicando por acción de una RNA polimerasa especializada denominadapri'masa, la cual está asociada a otras proteínas en un complejo denominado primosoma que también se puede considerar como parte del replisoma (Tabla 2). La síntesis de DNA se realiza a partir del extremo 3' del cebador. El RNA cebador se elimina entonces, nucleótido a nucleótido, por acción de la actividad de exonucleasa 5' —> 3' de la DNA polimerasa I. Cada ribonucleótido desplazado es sustituido por el correspondiente desoxirribonucleótido por la actividad de polimerasa de la misma enzima. El empalme final de los fragmentos de Okazaki lo realiza una DNA ligasa que cataliza la formación de un enlace fosfodiéster entre el grupo 3-fosfato de la cadena de DNA en elongación con el grupo 5'-OH del fragmento de Okazaki recién sintetizado. La unión está acoplada a la escisión de un enlace pirofosfato (en bacterias el NAD se escinde formando mononucleótido de nicotinamida y AMP; en células animales, el ATP se escinde formando AMP y pirofosfato) (Fig. 7). Teóricamente, no es necesario que la replicación de la hebra parental 3' —> 5' sea discontinua, pero ciertas evidencias indican que también puede serlo. Además de la síntesis normal de DNA DNAdependiente, en algunos casos se produce síntesis RNA-dependiente (véase DNA polimerasa RNAdependiente). [A. Kornberg DNA Replication (W.H. Freeman & Co„ 1980); A. Kornberg 1982 Supplement to DNA Replication (W.H. Freeman & Co„ 1982)]. Reparación del DNA: Las células poseen una serie de enzimas cuya función es reparar el daño causado en el DNA por agentes químicos, radiaciones o errores en la replicación. El error es reconocido y cortado por una nucleasa, una DNA polimerasa sintetiza la secuencia correcta, y el extremo de la nueva sección se une a la antigua por una ligasa. El DNA dañado por luz UV se puede reparar también por Fotorreactivación (véase). La reparación por escisión que se realiza en bacterias es similar a la descrita, excepto que la DNA polimerasa actúa como endonucleasa que elimina los oligonucleótidos defectuosos base a base a la vez que va incorporando las correctas. Degradación del DNA: En las células vivas el DNA no se degrada normalmente, pero en los tejidos hay varias enzimas que degradan el DNA de las células muertas o dañadas (véase Nucleasas, Desoxirribonucleasa, Fosfodiesterasa). Cuando los bacteriófagos infectan las células bacterianas, 208

producen nucleasas que degradan el DNA del huésped. (Algunas bacterias tienen un número significativo de bases mediadas, p.ej., 5-metilcitosina y 6-metiladenina, lo que parece proteger su DNA de la degradación vírica. Los bacteriófagos T pares que atacan E. coli tienen hidroximetilcitosina en lugar de citosina, lo que protege el DNA de sus propias desoxirribonucleasas). En el laboratorio, el DNA se degrada por hidrólisis ácida. Se hidroliza completamente a fosfato, bases y desoxirribosa con ácidos fuertes, y en condiciones más suaves se degrada a nucleótidos o nucleósidos. Significación biológica: Toda la información para la síntesis de todas las proteínas celulares está contenida en la secuencia de bases del DNA (véase Código genético). Esto se demostró directamente mediante experimentos de Transformación y Transducción (véase) y por el papel del DNA de fagos (véase desarrollo del Fago). Los trabajos genéticos más recientes se dedican a descubrir el papel de las secuencias de DNA que no codifican proteínas sino que regulan su expresión (véase Operón, Intrón, proteínas de unión al DNA). Desoxirribonucleótidos (Deoxyribonucleotides): véase Nucleótidos. 2-Desoxi-D-ribosa (2-Deoxy-D-ribose): pentosa que carece de un grupo hidroxilo. M 134,13, forma a, p.f. 82°C, [a] D -58° (en agua); forma (3, p.f. 98°C [ot]*' -91° 58° (en agua). Es la parte glicídica de los ácidos desoxirribonucleicos. HOCH 2

OH

ti

H/

HO

H

H

H

ß-2-Desoxi-D-ribosa

Desoxirribosa, fosfatos de (Deoxyribose phosphates): derivados fosforilados de la desoxipentosa 2-desoxi-D-ribosa. Se sintetiza biológicamente por reducción de los fosfatos de ribosa durante la síntesis de nucleótidos. En Escherichia coli hay dos enzimas que reducen difosfato de citidina a difosfato de desoxicitidina. Los 5- y 1-fosfato de desoxirribosa se equilibran por la enzima fosfopentomutasa (EC 2.7.5.6). Desoxirribosiltransferasas (Deoxyribosyltransferases): enzimas que catalizan la transfe-

Dextrinas

rencia de desoxirribosa desde los desoxirribósidos de purina y pirimidina a las bases libres durante la síntesis de desoxinucleótidos. Desoxirribótido (Deoxyribotide): véase Nucleótidos. Desoxitimidílico, ácido (Deoxythimidilic acid): véase fosfato de Timidina. Desoxitimidina (Deoxythimidine): véase Timidina. Desplazamiento NIH (NIH-shift): anionotropía por la que se estabiliza el catión intermedio que se produce en la hidroxilación de una sustancia insaturada o aromática por una oxigenasa. Su nombre procede de TVational /nstitute of ffealth. Un grupo (generalmente un ion hidruro) en la posición del grupo hidroxilo entrante es desplazado a la posición vecina. Desulfurasa (Desulfurase): véase Desulfuración. Desulfuricantes (Desulfuricants): bacterias anaerobias del género Desulfovibrio y Desulfotomaculum. Su respiración contribuye al proceso de Desulfurización (véase). La más importante de estas bacterias es Desulfovibrio desulfuricans, que se cree es la responsable de la producción de sulfuro de hidrógeno en el mar Negro. Desulfurización (Desulfurication): degradación anaerobia de los compuestos orgánicos que contienen azufre a azufre inorgánico. En estos procesos, los grupos sulfhidrilo son eliminados de las proteínas por desulfuraseis, produciendo sulfuro de hidrógeno. La D. es también la formación de ácido sulfhídrico por los organismos desulfu rizantes. Detergentes, degradación de (Detergent degradation): proceso por el que ciertos microorganismos digieren detergentes sintéticos eliminándolos del medio ambiente. Las cadenas lineales de hidrocarburos se degradan fácilmente mientras que las ramificadas resisten la degradación; ello es importante para diseñar detergentes biodegradables. Determinación de la masa celular (Cell mass determination): véase Crecimiento. DETPP: véase pirofosfato de Tiamina. Dexametasona (Dexamethasone), 9a-flúor16a-metilprednisolona, 9a-flúor-lip,17,21trihidroxi-16a-metilpregna-l,4-dieno-3,20diona: derivado sintético del pregnano (véase Esferoides) con gran efecto anti-inflamatorio pero escasa actividad mineralocorticoide. Se usa para la artritis. Se sintetiza a partir de cortisol.

Dexametasona Dextranasa (Dextranase): véase Enzimas, Tabla 2. Dextranos (Dextrans): polisacáridos de elevado peso molecular sintetizados por ciertos microorganismos. Están compuestos por D-glucosa unida a-glicosídicamente, principalmente enlaces 1,6, y con algunos 1,3 y 1,4. La Mr de los productos microbianos es de varios millones. La presión osmótica coloidal de algunos de los D. de M alrededor de 75.000 corresponde a la de la sangre, por lo que se usan como sustitutos del plasma sanguíneo. Estos D. más pequeños se producen por síntesis microbiana controlada o por hidrólisis parcial de moléculas mayores. Los organismos utilizados son las bacterias lácticas Leuconostoc mesenteroides y Leuconostoc dextranicum, que se cultivan anaeróbicamente en medios que contienen sacarosa. Los D. constituyen el material inicial para los geles de dextrano de los tamizes moleculares. Los polisacáridos se entrecruzan en una malla tridimensional que contiene gran número de grupos hidroxilo. El grado de entrecruzamiento determina el tamaño del poro y la capacidad del gel para tomar agua. (Mayor grado de entrecruzamiento significa menor tamaño de poro y menor capacidad de retener agua). Estos D. entrecruzados se comercializan con el nombre de Sephadex. Dextrina 6-a-D-glucanohidrolasa (Dextrin 6a-D-glucanohydrolase), oligo-l,6-glicosidasa (EC 3.2.1.10): presente en el jugo digestivo del intestino delgado; antes se denominaba dextrinasa límite o isomaltasa. Es específica para la hidrólisis de los enlaces a-1,6 de la isomaltosa y los oligosacáridos producidos por acción de la a amilasa sobre el almidón y el glucógeno. Los productos de hidrólisis son glucosa, maltosa y oligosacáridos no ramificados que pueden ser degradados posteriormente por la a-amilasa. Dextrinas (Dextrins): productos de la degradación del almidón, solubles en agua. Se 209

Dextrosa

clasifican por el color del producto de su reacción con iodo en amilodextrinas (azul), eritrodextrínas (roj o) y acrodextrinas de baja Ai que no producen color. El calentamiento del almidón con HC1 o H N 0 3 al 3% produce dextrinas ácidas. Las dextrinas Schardinger se producen por la acción de Bacillus macerans sobre el almidón; son anillos de 6 u 8 glucosas unidas por enlaces a-1,4. Según el tamaño del anillo se clasifican en a-, (3- o y-D. Se usan D. (especialmente la goma británica, goma de almidón o gomelina, producidas por tratamiento del almidón con calor seco a 160-200°C) en extractos secos y pildoras, como emulsionantes y espesantes de colorantes textiles, para dar apresto a papel y telas, en tintas de imprenta, cerillas, fuegos artificiales y explosivos. Dextrosa (Dextrose): véase D-Glucosa. DHF: abrev. de ácido dihidrofólico. Diabetes mellitus (Diabetes mellitus): enfermedad causada por la falta parcial o total de Insulina (véase) o por una disminución del número o la sensibilidad de los receptores celulares de insulina. La D.m. es la más común de las alteraciones endocrinológicas del hombre (al menos 1% de la población de Europa y Norteamérica) exceptuando la obesidad. La insulina regula la entrada del azúcar sanguíneo, iones y otras sustancias en las células. En la D., los niveles de glucosa en sangre son muy altos (8-60 mM) por lo que se elimina a través de los ríñones; la D. se caracteriza por abundante orina dulce. En la D. incontrolada, el músculo y el hígado, incapaces de absorber glucosa desde la sangre hiperglucémica, consumen proteínas y ácidos grasos para sus necesidades metabólicas. El resultado es debilitamiento similar al de la inanición. Se conocen dos tipos de D. la de aparición juvenil (tipo I) o adulta (tipo II). La propensión al tipo I es hereditaria; el gen o los genes se encuentra(n) en el complejo mayor de histocompatibilidad. En la D. tipo I, los islotes de Langerhans están destruidos; hay infiltración masiva de linfocitos y se cree que la enfermedad es autoinmune. La D. producida experimentalmente por aloxano imita esta condición porque el compuesto destruye preferentemente las células (3 del páncreas. La D. tipo II presenta fuerte correlación con la obesidad y se puede desarrollar por pérdida de receptores de insulina activos de la membrana. La D. benigna se puede controlar con la dieta, pero en casos severos se debe inyectar insulina. 210

Hasta el descubrimiento de la insulina a principios de este siglo la D. severa era mortal. La D. benigna va acompañada de diversos efectos secundarios, incluyendo daños en los capilares de la retina, cataratas, disminución y desmielinización de los axones nerviosos produciendo disfunciones motoras, sensitivas y autónomas, arteriosclerosis y enfermedad renal. La gravedad de estas enfermedades está relacionada directamente con el grado en que la glucosa excede el valor normal en la sangre. [M. Bliss, The Discovery of Insulin (University of Chicago Press, 1982); M. Brownlee & A. Cerami, Ann. Rev. Biochem. 50 (1981) 385432; M. Hattori et ai, Science 231 (1986) 733735], Diacetilo (Diacetyl), butano-2,3-diona: CH3CO-CO-CH 3 , dicetona producida como subproducto de la degradación de glícidos. p.f. -3 C C, p.e. 88,8°C. Es componente del aroma de la mantequilla y se ha encontrado en muchos productos biológicos. Se produce por deshidrogenación de la acetoína, el producto de descarboxilación del piruvato. En microorganismos hay otra ruta de síntesis, en la que el acetaldehído activo reacciona directamente con acetil-CoA orginando D. Se sabe poco de su metabolismo posterior. Se utiliza como transportador de aromas en la industria alimentaria. Diacilglicerol (Diacylglycerol): véase Acilgliceroles. Diaminopimélico, ruta del ácido (Diaminopimelic acid pathway): véase L-Lisina. 6-Diazo-y-ceto-L-norleucina (6-Diazo-5-oxoL-norleucine), abrev. DON: N= N = CH-COCH2-CH(NH2)-COOH, antagonista de la glutamina. Inhibe la síntesis de novo de purinas en bacterias y mamíferos. Previene el crecimiento de tumores experimentales pero es tóxico para animales. N O r - D i b u t i r i l a d e n o s i n a cíclica, 3',5' monofosfato de (Cyclic N 6 ,0 2 '-dibutyryladenosine 3',5'-monophosphate), DBCAMP: derivado sintético del cAMP (véase fosfatos de Adenosina). Dicarboxílicos, ciclo de los ácidos (Dicarboxylic acid cycle): ruta cíclica para la utilización de ácido glioxílico o alguno de sus precursores (p.ej., ácido glicólico) como fuente de carbono para el cultivo de microorganismos. Incluye algunas reacciones del ciclo TCA y la malato sintasa (EC 4.1.3.2), del ciclo del glioxilato, actúa

Didesoxirribonucleótidos, trifosfatos de

CHO-COO"

Malato sintasa (EC 4.1.3.2)

Acelil-CoenzimaA

Coenzima A

Malato

NAD

Complejo 2

piruvato k + N A D deshidrogenasa | ~ HSCo A Piruvato Piruvato quinasa (EC 2.7.1.40)

ADP

+

\ Malato Jl deshidrogenasa NADH-^HÍe— I (EC 1.1.1.37) Oxalacetato ADP

ATP.

/

Vo

Oxalacetato (j escar t)oxilasa

Fosfo-

(EC 4.1.1.3)

enot>injvato

Oxidación del glioxilato en el ciclo de los ácidos dicarboxílicos. como enzima respiratoria (Fig.). El ciclo proporciona también productos iniciales para la síntesis de componentes celulares. Si la concentración de productos intermedios del ciclo disminuye drásticamente por su utilización en rutas sintéticas, se puede restablecer por la ruta del Glicerato (véase). Dicisteína (Dicysteine): véase L-Cistina. Diclorofenil-dimetil-urea (Dichlorophenyl dimethyl urea), DCMU, diurón: herbicida que bloquea el transporte de electrones desde el fotosistema II al I (véase Fotosíntesis), p.f. 158159°C. Dicrostaquinoico, ácido (Dichrostachinoic acid): aminoácido que contiene azufre en forma oxidada y en forma reducida. Dictiosomas (Dictyosomes): componentes del aparato de Golgi, especialmente de plantas. La terminología es variable: se han llamado también lipocondrias y material osmiofílico. Sitte ha sugerido que al conjunto total de los D. de una planta se le debe llamar aparato de Golgi (véase) o complejo de Dalton. Se considera que D. y aparato de Golgi son la misma cosa. Dicumarol (Dicumarol), dicumarina: 3,3'metileno-di(4-hidroxi-2H-l-benzopiran-2-ona); 3,3'-metileno-di(4-hidroxicumarina), antagonista de la vitamina K formado por acción de microorganismos sobre la Cumarina (véase), o sus precursores, en heno mal conservado del género Melilotus. El ganado que come este heno padece hemorragias. El D. se utiliza en clínica para prevenir trombosis.

Se han descrito varias síntesis orgánicas; de especial interés son las diseñadas para obtener [ ,4 C]D. para investigaciones metabólicas, p.ej., la [2- 14 C]4-hidroxicumarina (por reacción de ohidroxiacetofenona con [ 14 C]dietilcarbonato en presencia de etóxido sódico) se convierte en [2l4 C]D. por tratamiento con formaldehído. [H.R. Eisenhauer et al. Can. J. Chem. 30 (1952) 245250 (referencia útil para otros métodos de síntesis). Aislamiento y elucidación estructural, H.A. Campbell & K.P. Link, J. Biol. Chem. 138 (1941) 21-33; M.A. Stahmann et ai, J. Biol. Chem. 138 (1941) 513-527], OH

OH

Dicumarol Didesoxiadenosina, trifosfatos de (Dideoxyadenosine triphosphate): véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. Didesoxicitidina trifosfatos de (Dideoxycytidine triphosphate): véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. Didesoxiguanosina, trifosfatos de (Dideoxyguanosine triphosphate): véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. Didesoxirribonucleótidos, trifosfatos de (Dideoxyribonucleotide triphosphate), trifosfatos de terminación: sustratos sintéticos de la 211

Didesoxitimidina, trifosfatos de

DNA polimerasa I que cataliza su incorporación a las cadenas crecientes de oligonucleótidos en lugar de los trifosfatos de desoxirribonucleótidos normales. La incorporación de los T.d. determina la terminación de la cadena ya que falta el grupo 3'-hidroxilo. Se utilizan en el método de Sanger para secuenciar DNA. En la mezcla de reacción de DNA molde, DNA polimerasa y los cuatro T.d., un trifosfato de terminación se añade a una concentración de aproximadamente 1% respecto al ribonucleótido normal. Se producen así fragmentos de DNA de distinto tamaño que se puede separar por electroforesis en gel. Mediante incubaciones separadas para cada trifosfato de terminación se obtienen 4 patrones de bandas de las que se puede descifrar la secuencia del DNA [F. Sanger et al., Proc. Nati. Acad. Sci. 74 (1977) 5463-5467]. 0 Il 1

0

II I

0

II I

5'

HO-P-O-P-O-P-O-CH OH

OH

OH

2

/O.

w

4 '\KH-

H

R

H71

H

Trifosfatos de didesoxirribonucleótidos R = Adenina: Trifosfato de didesoxiadenosina (ddATP) R = Guanina: Trifosfato de didesoxiguanosina (DDGTP) R = Citosina: Trifosfato de didesoxicitidina (ddCTP) R = Timina: Trifosfato de didesoxitimidina (ddTTP)

Didesoxitimidina, trifosfatos de (Dideoxythymidine triphosphate): véase trifosfatos de Didesoxirribonucleótidos. Didimocarpina (Didymocarpin): véase Humulenos. Diferencia de enlace (Linking difference): véase número de Enlace. Diferencia de enlace específica (Specific linking difference): véase número de Enlace. Difosfatidilglicérido (Diphosphatidylglyceride): véase Fosfolípidos. Difosfocolina-citidina (Cytidine diphosphocholine), abrev. CDP-colina, colina activa: forma activa de la colina, formada a partir de fosfocolina y CTP (véase biosíntesis de Fosfátidos). 2,3-Difosfoglicerato (2,3-BisphosphogIycerate), 2,3-difosfoglicerato, 2,3-difosfato 212

glicérico: véase Glicólisis, Hemoglobina, lanzadera de Rapoport-Luerbing. Difosfoglicérido-citidina (Cytidine diphosphoglyceride), abrev. CDP-glicérido: véase biosíntesis de Fosfátidos. Difosfopiridina, nucleótido de (Diphosphopyridine nucleotide): véase dinucleótido de Nicotinamida y adenina. Difteria, toxina de la (Diptheria toxin): véase Proteínas tóxicas. Difusión facilitada (Facilitated diffusion): transporte pasivo, movimiento de compuestos específicos a través de una biomembrana a favor del gradiente de concentración, pero a mayor velocidad que en la difusión simple. La D.f. es saturable, es decir, por encima de una cierta concentración, la velocidad no depende de la concentración de sustrato. Además, es esteroespecífica y susceptible de inhibición competitiva. Estas propiedades indican que el proceso está mediado por un «transportador» o proteína de poro en la membrana. La D.f. se diferencia del Transporte activo (véase) en que no requiere energía. Las sustancias denominadas Ionóforos (véase) se comportan como transportadores de D.f. haciendo las membranas permeables a ciertos iones. Los antibióticos que actúan de esta manera se denominan antibióticos de transporte. Difutina (Diffutin): 7-hidroxi-3',4'-dimetoxi-5'O-P-D-glucosilflavano, véase Flavano. Digestión (Digestion): conjunto de procesos mecánicos y químicos que se realizan en el tracto digestivo y que degradan de los alimentos a moléculas absorbibles, no antigénicas y de baja M . El tracto digestivo, especialmente en mamíferos, muestra una especial adaptación estructural y bioquímica a la fisiología nutricional del organismo, p.ej., en carnívoros, herbívoros y omnívoros. De modo general se distingue entre D. bucal, D. gástrica y D. duodenal. Los procesos químicos de la D. bucal tienen poca importancia ya que la amilasa salivar sólo se encuentra en el hombre, monos, cerdo y algunos roedores y, además, los alimentos permanecen poco tiempo en la boca. El primer lugar importante de D. es el estómago. A pesar de las diferencias de este órgano entre distintas especies, siempre es el lugar de la degradación de las proteínas de la dieta a peptonas, y del almidón (en los animales que tienen amilasa salivar) a dextrinas solubles. Un caso especial es el de los rumiantes y otros herbívoros, en los que

Digitalis, glicósidos de

el rumen, retículo, omaso y otros compartimentos constituyen cámaras de fermentación bacteriana. Las bacterias del rumen realizan la degradación anaerobia de la celulosa a productos finales absorbibles, que no son glucosa sino ácidos grasos de cadena corta como ácidos acético, propiónico, butírico y valérico. El estómago no es esencial para la vida de los mamíferos adultos, pero en los jóvenes lactantes, incluido el hombre, el HC1 y la renina del jugo gástrico realizan el importante proceso de la coagulación de la leche. La etapa más importante de la D. se realiza en el intestino delgado, que contiene todas las Enzimas digestivas (véase) que completan el proceso de la D. Estas enzimas son segregadas por las paredes del intestino delgado (succus entericus) y el páncreas (jugo pancreático). En herbívoros, una pequeña proporción de enzimas digestivas proceden de los alimentos (enzimas de la dieta). La bilis (secretada por la vesícula biliar situada en el hígado) aporta sustancias activadoras, en especial sales de ácidos biliares que, junto con el NaHCO, del jugo pancreático, proporcionan las condiciones óptimas para los procesos digestivos. Los productos finales absorbidos de la D. son L-aminoácidos, monosacáridos (glucosa, fructosa, galactosa, mañosa y pentosas), sales sódicas de ácidos grasos, glicerol, monoglicéridos y nucleósidos. Los restos sin digerir y no absorbibles pasan al intestino grueso (colon) donde se concentran por absorción de agua, y sufren varios procesos de f e r m e n t a c i ó n y putrefacción produciendo ácido láctico y acético, diversos gases, aminas venenosas y fenoles. Si el tiempo de permanencia en el colon es elevado, se pueden absorber algunas toxinas en la parte final del colon. La degradación de los biopolímeros de las células se realiza por D. intracelular (véase), un proceso distinto al descrito. D i g e s t i ó n i n t r a c e l u l a r (Intracellular digestión): proceso de digestión que tiene lugar en el interior de la célula, en el que el sistema lisosomal juega un papel muy importante. Las macromoléculas se ingieren por pinocitosis y fagocitosis en vacuolas denominadas fagosomas, los cuales se fusionan con los lisosomas primarios formando vacuolas digestivas (lisosomas secundarios). La D.i. afecta a los materiales exógenos introducidos en la célula desde el exterior (heterofagia), y a los componentes endógenos de la célula (autofagia). La Autólisis (véase) es también una forma de autofagia que se produce en las células moribundas o muertas. En células vivas, la autofagia representa la D.i. de regiones enteras

del citoplasma. Las regiones citoplásmicas limitadas por membranas que posteriormente se digieren se denominan citolisosomas. Los restos de la D.i. salen de las vacuolas digestivas y de los citolisomas para su degradación posterior. Se ha estudiado ampliamente la D.i. en protozoos, fibroblastos en cultivo y leucocitos polimorfonucleares. Digifoleína (Digifolein): véase Diginina. D i g i f o l o g e n i n a ( D i g i f o l o g e n i n ) : véase Diginina. Diginigenina (Diginigenin): véase Diginina. Diginina (Diginin): digitanol compuesto por el derivado del pregnano (véase E s t e r o i d e s ) diginigenina, Mr 344,45, p.f. 115°C [oe]D -126° y el desoxiazúcar D-diginosa. Se encuentra junto con glicósidos cardíacos en Digitalis, p.ej., Digitalis purpurea, en la que fue aislada en 1936 por Karrer. La digifoleína, que también se encuentra en Digitalis, tiene la aglicona digifologenina, Aír 360,45, p.f. 176°C [oc]D -269°; difiere de la diginigenina por tener un grupo 2ß-hidroxilo extra.

D-Diginosa—0 Diginina Digitalis, glicósidos de (Digitalis glycosides): glicósidos cardíacos del grupo cardenólido presentes en las hojas de la dedalera, Digitalis purpurea y Digitalis lanata. Los tres más importantes son digitoxina, M 764,92, p.f. 256257°C (anhídrido), [a]*> + 4,8° (c = 1,2 en dioxano); digoxina, M 780,92, p.f. 265°C (d.), [cx]D + 11° y gitoxina, M 780,92, p.f. 285°C (d) [oc]D + 22°. Los G.d. son glicósidos secundarios formados durante la preparación de las hojas de Digitalis. Los glicósidos primarios naturales (lanatósidos) de plantas, tienen un grupo D-glucosa y un éster acético. Las agliconas de digitoxina, digoxina y gitoxina sondigitoxigenina, Mr 374,50, p.f. 253°C [a]p +19,1 (c = 1,36 en metanol); digoxigenina, Mr 390,53, p.f. 222°C (anhidra), [a]*>6 + 27° (c = 1,77 en metanol) y gitoxigenina, M 390,50, p.f. 234°C, [a]?} + 38,5° (c = 0,68 en metanol). Las 213

Digitanoles

dos últimas difieren de la digitoxigenina por tener un grupo hidroxilo extra en C-12 o C-16. El componente glicídico son siempre tres moléculas de D-digitoxosa. Los G.d. se obtienen por extracción suave de las plantas frescas con acetato de etilo o cloroformo. Para eliminar los ácidos tánicos, la solución alcohólica se precipita con sales de plomo. Los G.d. se liberan enzimàticamente de los lanatósidos y se separan cromatogràficamente. Algunas de las reacciones coloreadas de los G.d. son: rojo, con nitroprusiato sódico en solución de hidróxido sódico; naranja, con solución alcalina de ácido picrico y azul-violeta, con solución alcalina de m-dinitrobenceno. Los G.d. son agentes cardiotónicos indispensables para tratamientos largos de debilidad crónica del corazón y lesiones en las válvulas cardíacas. Actualmente se usan glicósidos puros en vez de extractos o polvo de hojas.

Digitoxina Digitanoles (Digitanols), glicósidos de digitami: grupo de glicósidos vegetales cuyas agliconas son Esteroides (véase) tipo pregnano, p.ej., Diginina (véase) y digifoleína. Se encuentran junto a glicósidos cardíacos pero no tienen actividad cardiotònica. Se biosintetizan a partir de pregnenolona. Digitogenina (Digitogenin): véase Digitonina.

\

ß-D-Glucosa ß-D-Galactosa ß-D-Glucosa-ß-D-Galactosa -

i

ß-D-Xilosa

Digitonina 214

0

Digitonina (Digitonin): mezcla de cuatro saponinas esteroides diferentes presentes en las semillas de la dedalera púrpura (Digitalis purpurea) (véase Saponinas). El componente principal, también llamado digitonina, constituye hasta el 70-80% de la mezcla. M 1.229,30, p.f. 235°C, [a]2Dn - 5 4 ° (c = 0,45 g en 15,8 mi de metanol). La aglicona es digitogenina (25R)-5-aespirostan-2ce, 3ß, 15ß -triol, Ai 448,62, p.f. 296° (d.), [a]¿° -81° (c = 1,4 en cloroformo). Es un potente veneno hemolítico por su afinidad por el colesterol sanguíneo. Se usa para precipitar colesterol y otros esteróles en su aislamiento y determinación cuantitativa. Digitoxigenina (Digitoxigenin): véase glicósidos de Digitalis. Digitoxina (Digitoxin): véase glicósidos de Digitalis. Diglicérido (Diglyceride): véase Acilgliceroles. Digoxigenina (Digoxigenin): véase glicósidos de Digitalis. Digoxina (Digoxin): véase glicósidos de Digitalis. Dihidrofólico, ácido (Dihydrofolic acid): véase ácido Tetrahidrofólico. Dihidroorotato (Dihydroorotate): producto intermedio de la biosíntesis de Pirimidinas (véase). Dihidrouracilo (Dihydrouracil): producto intermedio de la degradación de Pirimidinas (véase). Ai 114,10, p.f. 274°C. El derivado 5,6dihidrouracilo se encuentra como base rara en algunos ácidos nucleicos. Dihidroxiacetona, fosfato de (Dihydroxyacetone phosphate): véase fosfatos de Triosas. 20,22-Dihidroxicolesterol (20,22-Dihydroxicholesterol): véase Colesterol. 20,26-Dihidroxiecdisona (20,26-Dihydroxyecdysone): esteroide que actúa como hormona de la muda. Se aisla junto con Edicsona (véase) y ecdisterona en las pupas del gusano del tabaco Manduca sexta.

o-

Dióxido de carbono, asimilación del

Dihidrozeatina (Dihydrozeatin), 6-(4-hidroxi3-metil-butilamino)purina: citocinina del maíz (zea mays). Es un derivado de zeatina y se ha aislado como ribósido y como ribótido. Dímeros (Dimers): moléculas dobles constituidas por dos subunidades idénticas o monómeros. Los dímeros de pirimidina, formados por irradiación UV de los ácidos nucleicos son particularmente importantes por sus consecuencias genéticas. Los más frecuentes tras irradiación del DNA son los de timina (TT) que sólo se pueden formar entre bases adyacentes en la cadena de DNA. Su formación depende de la longitud de onda; 265 nm producen dimerización, pero 235 nm revierten los dímeros previamente formados a monómeros. En las células vivas, también se realiza reparación enzimàtica (véase Fotorreactivación y Reparación por escisión en ácido Desoxirribonucleico). Dimetazida (Dimethazide): véase mono-Ndimetilhidrazida del ácido Succínico. N 6 (-y, y-dimetiIalil)adenosina [N 6 (-y, ydimethylallyI)Adenosine], W-isopentiladenosiria: una de las Bases menores (véase) de ácidos nucleicos de ciertos RNAs, p.ej., el tRNA de serina. Actúa también como Citocinina (véase) y se encuentra libre en los medios de crecimiento de Corynebacterium y de Agrobacterium. Labriocinina, citocinina encontrada en algunas células de los esporofitos de musgos, es idéntica a la base libre N6-y, y-dimetilaliladenina. Dimetilalilo, pirofosfato de (Dimethylallylpyrophosphate): intermediario en la biosíntesis de Terpenos (véase). 3,7-Dimetiloctano, tipo (3,7-Dimethyloctane type): véase Monoterpenos (Fig.). Dineína (Dynein): ATPasa responsable de la movilidad de flagelos y cilios. Origina el desplazamiento de los microtúbulos del doblete de estos orgánulos entre sí. En los cilios, la D. está firmemente unida al microtùbulo A del doblete e interacciona transitoriamente con el B del doblete adyacente de manera que se genera una fuerza. En el proceso se hidroliza ATP. Las imágenes más claras de microscopía electrónica muestran que la D. de los cilios consta de tres «cabezas» globulares, cada una de las cuales está unida por un filamento a una base común similar a una raíz. La partícula tiene A/ aproximada 2 x IO6. Las tres «cabezas» pueden no ser idénticas. En los cilios, la base está unida al microtùbulo A y las «cabezas» interaccionan con el microtùbulo

B. Se han obtenido micrografías de microtúbulos de cerebro bovino que muestran 7 moléculas de D. rodeando a 14 protofilamentos, con las «cabezas» apuntando hacia el microtúbulo [K. A. Johnson & J.S. Wall J. Cell Biol. (1983) 96, 669-678]. Dioscina (Dioscin): saponina esteroide (véase Saponinas), Mr 869,08, p.f. 275-277°C (d.), [ct]¿3 -115° (c = 0,373 en etanol). Su aglicona es la diosgenina (25R)-espirost-5-en-3P-ol, M 414,61, p.f. 204-207°C. Se encuentra en la batata (Dioscorea) y en plantas del género trilliums. La diosgenina es un importante material inicial para la síntesis parcial de hormonas esteroides.

a-L-Ramnosa ß-D-Glucosa o a-L-Ramnosa

Dioscina Diosgenina (Diosgenin): véase Dioscina. Dióxido de carbono activo (Active carbon dioxide): véase enzimas de Biotina. Dióxido de carbono, asimilación del (Carbon dioxide assimilation), fijación del carbono: incorporación de C0 2 en compuestos orgánicos

co2

co2

3x[2H]j CH4 < — CHj-X (90% del ''j a d o )

j [CO] >

.

CHjC—CoA—Isoprenoides | [2H]

|co2 Piruvato

— > Alanina

^ 2 ATP Triosa-P * — Fosfoenot>iruvato Oxalacetato — » Aspartate * Succinil-CoA I [2HJ

\C0 2

a-Cetoglutaril-CoA

—Glutamate

Asimilación de dióxido de carbono en Methanobacterium thermoautotrophicum. [Adaptado de M. Riihlmann et al., Aivh. Microbiol. 141 (1985) 399^06], 215

Dioxigenasa

mayores. A veces se usa como sinónimo de fotosíntesis, lo cual, en sentido estricto, es incorrecto. La fotosíntesis es una serie de reacciones que generan ATP y NAD(P)H, necesarios para las reacciones de la A.d.c. La mayor cantidad de A.d.c se realiza, con diferencia, en las plantas verdes y en las bacterias verde azuladas, en su mayor parte en el ciclo de Calvin (véase), y en menor medida en el ciclo de HatchSlack-Kortschack (véase). También se realiza con energía química en organismos auxótrofos o quimioautótrofos, especialmente bacterias. Algunas de ellas realizan un ciclo similar al de Calvin. La bacteria metanogénica Methanobacterium thermoautotrophicum, sin embargo, fija C0 2 por una serie de 5 reacciones principales que no incluyen el ciclo de Calvin (Fig.). También hay fijación de C0 2 anaplerótica (véase Carboxilación; enzimas de Biotina).

3.2.1.21) que hidroliza celobiasa y gentiobiasa y P-galactosidasa (lactasa) (EC 3.2.1.23) que hidroliza lactosa. Disacáridos (Disaccharides): véase Glícidos. Disolución por salado (Salting in): véase Proteínas. Diterpenos (Diterpenes): terpenos formados por cuatro unidades de isopreno (C20H32). El fitol, un D. alifático, es importante por ser el componente éster de la clorofila y parte de las vitaminas K y E. Excepto unos pocos hidrocarburos y alcoholes, la mayoría de los D. cíclicos son ácidos y poseen diversas propiedades biológicas (Tabla). Biosíntesis: El producto inicial es pirofosfato de geranilo (véase Terpenos). Los D. acíclicos

Dioxigenasa (Dioxygenase): véase metabolismo del Oxígeno; Oxigenasas. Dipenteno (Dipentene): véase p-Mentadienos. Disacaridasas (Disaccharidases): grupo de enzimas que hidrolizan disacáridos. Son muy abundantes en frutos maduros, en microorganismos (levaduras) y en la mucosa intestinal. Algunas de las mejor conocidas son: (3-Dfructofuranosidasa (invertasa o sacarasa) (EC 3.2.1.26), de levaduras; oc-l,4-glucosidasa (maltasa) (EC 3.2.1.20) que hidroliza a - D glucósidos como maltosa, sacarosa y furanosa; a 1,4-glucosidasa (gentiobiasa, celobiasa) (EC

Tabla. Diterpenos y su significación

Pirofosfato de geranilgeranilo

Tipo pimaradieno (tricíclico)

Clase

Representantes

Hormonas

Giberelinas, ácidos trispóricos anteridiógenos

Vitaminas

Vitamina A

Cromóforo de la púrpura visual

Retinol

Acidos resénicos

Acido abiètico

Alcaloides

Casaína, aconitina

Sustancia dulce

Esteviósido

Pirofosfato de labdadienilo (biciclico)

Ácido abiètico

geranilgeranilo

* Átomos de C correspondiente

Posible ruta de biosíntesis de diterpenos a partir de pirofosfato de geranilgeranilo. 216

DNA polimerasa RNA-dependiente

(p.ej., fitol) se forman por hidrólisis del residuo de pirofosfato. El pirofosfato de geranilgeranilo se convierte probablemente en geranil-linalool, que a su vez se transforma en compuestos bi- y tricíclicos (Fig.). En algunos D. cíclicos, p.ej. el ácido abiético, se produce migración de sustituyentes. Las giberelinas derivan de D. tipo labdadieno. Ditirosina (Dityrosine): dímero de L-tirosina presente en los hidrolisados ácidos de diversos materiales biológicos: seda tussor, fibroína, resilina de la cutícula de insectos, cubierta de la espora de Bacillus subtilis y membrana del huevo de erizo de mar. En Saccharomyces cerevisiae, la D. es específica de la esporulación, y sólo se encuentra en esporas y no en las células vegetativas o en las que no esporulan en condiciones de esporulación. Se cree que los residuos de ditirosilo existen in vivo, actuando como enlaces cruzados en proteínas estructurales. La D. se sintetiza in vitro por acción de la peroxidasa de rábano sobre L-tirosina. El análisis NMR ha demostrado que la estructura originalmente establecida (grupos OH fenólicos en posición orto respecto al enlace entre los anillos) es errónea; la estructura correcta es meta (Fig.). [P. Briza, J. Biol. Chem. 261 (1986) 4288-42941.

Ditirosina DNA: abrev. de ácido Desoxirribonucleico (véase). DNA complementario (Complementary DNA), cDNA: DNA complementario de un mRNA. Se prepara en el laboratorio, como sonda para estudios de hibridación, incubando mRNA con dATP, dGTP, dTTP y dCTP en presencia de transcriptasa inversa (véase DNA-polimerasa RNA-dependiente). DNA del cinetoplasto (Kinetoplast DNA): véase Catenano. DNA girasa (DNA gyrase): topoisomerasatipo II. Véase Topoisomerasas. DNA-ligasa (DNA-ligase): véase Polinucleótido ligasa.

DNA nucleotidiltransferasa (DNA nucleotidyltransferase): véase DNA polimerasa. DNA polimerasa (DNA polymerase), DNA nucleotidiltransferasa (EC 2.7.7.7): enzima que cataliza la síntesis de una cadena polinucleotídica de DNA a partir de una matriz de DNA preexistente (véase replicación del DNA). Los precursores son los cuatro trifosfatos de 3' desoxirribonucleótidos. In vitro, la enzima puede sintetizar también homo- y copolímeros a partir de trifosfatos. Las D.p. de diferentes organismos tienen especificidades diferentes, usando como cebadores cadenas sencillas o dobles de DNA. En Escherichia coli se han aislado tres D.p. La mejor estudiada es la polimerasa I (Enzima de Kornberg), que puede unir trifosfatos de desoxirribonucleótidos formando polinucleótidos de alto peso molecular a la vez que liberan pirofosfato. La cadena crece en sentido 5' —> 3'. In vitro, la reacción requiere un oligonucleótido cebador al que se unen nucleótidos al extremo 3'-hidroxilo. También se necesita una matriz de DNA que proporciona la secuencia correcta. En 1967, Kornberg consiguió la síntesis total del DNA de cadena sencilla del fago ®X 174 utilizando esta enzima. Sin embargo, es probable que la enzima no sea responsable de la replicación del DNA in vivo, sino enzima de reparación (véase ácido Desoxirribonucleico). No está clara la función de la D.p. II en la célula. Se cree que la replicación del DNA está catalizada por la D.p. III. DNA polimerasa RNA-dependiente (RNAdependent DNA-polymerase), transcriptasa inversa: enzima presente en los retrovirus, algunos de los cuales causan cáncer, p.ej., el virus del mieloma aviar y diversos virus de la leucemia. Éstos son virus RNA, y la enzima cataliza la síntesis del DNA del provirus, usando como molde el RNA del virus. El DNA resultante se incorpora entonces al genoma de la célula infectada. El estudio del proceso de la síntesis de DNA RNAdependiente, que implica varias enzimas específicas del virus, puede contribuir por tanto a la comprensión de la transformación maligna de las células por virus RNA y del problema del cáncer en general. La presencia de la enzima en células o en virus se puede usar para el diagnóstico de virus oncogénicos. La síntesis de DNA es análoga a la transcripción o la replicación, es decir, el RNA actúa como molde para la formación de una molécula complementaria de DNA monocatenario. Este se replica por acción de una DNA 217

DNA recombinante, tecnología del

polimerasa DNA-dependiente, formando DNA bicatenario (el provirus), que se puede replicar después. El DNA huésped se escinde por una endonucleasa vírica, y el DNA del provirus se inserta en él por acción de una ligasa.

DNA recombinante, tecnología del (Recombinant DNA technology), ingeniería genética: aislamiento y estudio de genes específicos y reintroducción de estos genes en células de la misma o diferente especie. La clonación de genes es esencial en la T.D.r. Si se clona un gen en cantidad suficiente, se puede secuenciar (véase ácido Desoxirribonucleico) y predecir la secuencia aminoacídica del producto del gen a partir de la secuencia de nucleótidos del DNA. De esta manera se han predicho las secuencias de aminoácidos del receptor de insulina, de los receptores de acetilcolina colinérgicos nicotínico y muscarínico, del precursor del factor de crecimiento epidérmico y de muchas otras proteínas. Por clonación de genes se pueden estudiar los factores que controlan las expresión de los mismos. Por ejemplo, los genes eucarióticos de la tirosina aminotransferasa (TAT), junto con los nucleótidos adyacentes, incluyendo los fragmentos de iniciación y el promotor, se pueden incorporar al DNA de un plásmido, por delante del gen bacteriano de la cloramfenicol acetiltransferasa (CAT). Después de la iniciación, se transcribe el gen estructural TAT y continúa con la del gen CAT. Así, los factores que afectan a la transcripción del TAT ejercen una influencia similar sobre la transcripción del gen CAT, y se pueden estudiar midiendo la actividad catalítica de la CAT de la b a c t e r i a h u é s p e d . P o r este sistema se ha identificado una región del gen TAT controlada por glucocorticoides, y se ha comprobado que consiste en dos lugares de unión del receptor de glucocorticoides. El fin último de la ingeniería genética es la expresión de genes purificados en especies de crecimiento rápido, explotables comercialmente. Se puede producir insulina humana, ovoalbúmina, interferón del fibroblasto, somatostatina, hormona del c r e c i m i e n t o h u m a n a y otras p r o t e í n a s eucarióticas, por la expresión de sus genes clonados en Escherichia coli. Las etapas del aislamiento y la clonación de un gen se indican en la Fig. 1, y la estrategia para la clonación de la 218

hormona del crecimiento humana se muestra en la Fig. 2. La T.D.r., junto con la hibridación y las técnicas de transferencia, se usan para la investigación de diversos defectos genéticos (véase Hemoglobinopatía, Errores congénitos del metabolismo). Las células fetales, obtenidas por amniocéntesis del fluido amniótico durante las 16 primeras semanas de gestación, se cultivan y se analiza su DNA. A veces, una mutación destruye un lugar de restricción o crea uno nuevo, de manera que el patrón de nucleótidos obtenido después del análisis de restricción cambia, revelando la existencia de la mutación. Así, el gen de la hemoglobina normal contiene GAG que codifica glutamato en la posición 6 de la cadena (3. Este triplete forma parte de un lugar de restricción para Dde I (que ataca la CTNAG

) y para Mst II (que ataca la

GANTC

CCTNAGG

). La mutación responsable de la GGANTCC anemia falciforme (véase Hemoglobina de las células falciformes) elimina el lugar de restricción convirtiendo el triplete GAG en GTC, y haciendo que la valina ocupe la posición 6 de la cadena p.

Vector

Fragmento de DNA foráneo

Molécula de DNA recombinante Transformación transfección

Célula bacteriana Multiplicación

ooX,

' del DNA recombinante

Célula bacteriana con múltiples copias del DNA recombinante

División celular en medio líquido, seguida de cultivo en placa en medio sólido Colonias individuales distinguibles por el gen correspondiente o por su producto proteico

Figura J. Etapas esenciales de la clonación de genes usando como vector un plásmido bacteriano.

o

DNA recombinante, tecnología del

Pituitaria h u m a n a

Pst I Pst I . pBR322j

R lc

Transferasaterminal

mRNA

i

» dGTP

D N A bicatenario I

Fragmento purificado de 551 pb

Oligonucleotide

Transferasa terminal

dCTP

sintético

Hoem

-

(84 pb)

EcoRI

Secuencia gènica de tos • aminoácidos 1-24 de ta hormona humana de! crecimiento

Eco R I Haem

Hindm

Hindm Secuencia génica de ios aminoácidos 24-191 de la hormona humana del crecimiento Hae

m

Transformación en E. coli 294. EcoRI, Hae III. Purificación de un fragmento de 77 pb.

Hind ill. ST nucleasa EcoRI Transformación en E.coiizHae 1U, purificación de un fragmento de 551 pb Xma I, purificación de un fragmento de 512 pb

i


3', produciendo 3'-mononucleótidos (F. del bazo, EC 3.1.16.1). Se usan F. para la determinación de la secuencia de ácidos nucleicos (especialmente RNA). La 3':5'-nucleótido cíclico F. (EC 3.1.4.17) cataliza la hidrólisis del cAMP (véase fosfatos de Adenosina). Fosfoerto/piruvato (Phosphoewo/pyruvate): véase Piruvato. Fosfoeno/piruvato carboxilasa (Phosphoe«o/pyruvate carboxylase): véase Carboxilación fotosintética. Fosfofructoquinasa (Phosphofructokinase), 6-fosfofructoquinasa (EC 2.7.1.11): fosfotransferasa oligomérica, enzima de control clave en la glicólisis. Se induce por la insulina, y su actividad está sometida a control alostérico; se activa por AMP, 6-fosfato de fructosa, 1,6338

difosfato de fructosa, iones de magnesio, potasio y amonio y se inhibe por ATP y citrato (véase Efecto Pasteur). Cataliza la fosforilación del 6fosfato de fructosa por el ATP, en presencia de iones de magnesio, formando 1,6-difosfato de fructosa. La reacción es irreversible, y la conversión de 1,6-difosfato de fructosa en 6-fosfato de fructosa está catalizada por la fructosa difosfatasa (EC 3.1.3.11), enzima fluoruro-sensible. Se han aislado y estudiado las F. de levadura, músculo, hígado y eritrocitos. La de levaduras consiste en seis subunidades, 3 a y 30, no relacionadas inmunológicamente. La Ai de la subunidad de la proteína nativa es 130.000, y 96.000 la de la proteína modificada por degradación parcial por proteasas de levadura. La enzima hexamérica tiene M 775.000 (nativa), o 570.000 (modificación proteolítica). En cloruro de guanidinio 6M, estas subunidades se disocian en dos cadenas del mismo tamaño de Ai 63.000 (nativa) o 59.000 (modificada).

Fosfolípidos

El grado de asociación de la F. del músculo depende de su concentración. A 7 mg de proteína/ mi existe como agregado hexamérico activo (Ai 2 x 106); a 0,5 mg de proteína/ml como monómero activo (Ai 340.000), que, en cloruro de guanidinio 6 M y mercaptoetanol 0,1 M, se disocia en sus 4 cadenas inactivas (Ai 80.000). Se ha descrito un comportamiento similar para la F. octamérica del eritrocito (A/ 500.000). La F. de hígado de pollo (Ai de la forma activa más pequeña 400.000) es sensible al frío; se disocia reversiblemente a 0°C en cuatro protómeros inactivos (Ai 100.000), cada uno formado por dos cadenas idénticas. Las especies de Clostridium contienen una F. de Ai 144.000 (4 subunidades, A/ 35.000). Fosfogluconato, ruta del (Phosphogluconate pathway): véase ciclo de los Fosfatos de pentosa. Fosfoglicéricos, ácidos (Phosphoglyceric acids): véase ésteres monofosfato de ácido Glicérico. Fosfoglicéridos (Phosphoglicerides): véase Fosfolípidos. Fosfohexocetolasa, ruta de la (Phosphohexoketolase pathway): véase ruta de la Fosfocetolasa. Fosfolipasas (Phospholipases), fosfatidasas: nombre colectivo de las esterasas de ácido carboxílico, F. A r A2 y B, y las fosfodiesterasas, F.C y D, específicas para lecitinas. La F.A, (EC 3.1.1.32) cataliza la liberación del ácido graso del C-l del glicerol, produciendo un lisofosfátido (2acilglicerofosfocolina) que hemoliza los eritrocitos. La F. A2 (EC 3.1.1.4) separa el ácido graso insaturado del C-2. La F.B (EC 3.1.1.5) también separa el ácido graso insaturado, pero sólo a partir de lisofosfátidos. La F.C (EC 3.1.4.3) libera la base en forma fosforilada. La F.D (EC 3.1.4.4) actúa sobre el otro lado del grupo fosforilo y libera la base no fosforilada (Fig.). La actividad F. es especialmente alta en el hígado y el páncreas (F.A,), el veneno de abejas y serpientes (F.A y FA2), bacterias (F.C) y plantas (F.D). Debido a sus compactas estructuras (6-15 puentes disulfuro), las F.A2 y F.C son inusualmente termoestables (5 minutos a 98°C) e insensibles a dietiléter, cloroformo y urea 8 M. La F. A2 de cerdo se sintetiza en forma de cimógeno (130 residuos de aminoácidos en secuencia conocida, Ai 14.660), que se convierte en F.A2 activa (123 residuos de aminoácidos) por eliminación tríptica del

heptapéptido /V-terminal Pyr-Glu-Gly-Ile-Ser-SerArg-, Las F. A2 del veneno de serpiente (Crotalus atrox) (A/r 14.500) y del veneno de abeja (Mr 14.550, 129 residuos de aminoácidos), son aproximadamente del mismo tamaño que la F.A2 del páncreas. El tamaño de las dos isoenzimas de P.A2 del veneno de Crotalus adamanteus (266 residuos de aminoácidos, Ai 29.865) es el doble que el de otras F. A2. La F.C bacteriana se ha aislado en Clostridium welchii y Bacillus cereus.

H2C-O-C-R, R

'

2

-C,O-CH @

H2

0

r—N

®

@ 0

¿_¿Ilp-/o-CHrCH2-N9(CH3)3

V Lugares de ataque de las enzimas que escinden lecitinas. R, residuo de acilo graso saturado. R2 residuo de acilo graso mono- o multi-insaturado.

Fosfolípidos (Phospholipid): cualquier lípido que contiene ácido fosfórico como mono- o diéster. Son los constituyentes básicos de las Biomembranas (véase) y especialmente abundantes en el cerebro y en las cubiertas de mielina de los nervios. Derivan del glicerol (el IUPACIUB recomienda el término genérico de «glicerofosfolípidos», aunque generalmente se denominan «Fosfoglicéridos») o de la esfingosina (esfingofosfolípidos). (1) Los glicerofosfolípidos (fosfoglicéridos, fosfátidos) derivan del ácido fosfatídico (Fig. 1), un derivado del fosfato de glicerol en el que los otros dos grupos hidroxilo están esterificados con

R-,—CO—0—'CH2 R2—CO—O—CH

jl

0

II

h2C— 0 - P — O - R

3

OH R 1 = Alquilo R 2 = Alquenilo R 3 = C H 2 C H 2 — f?(CH3)3 = «-Lecitinas R3 = C H 2 C H 2 — N H 2

= Colamina (Etanolamina) cefalinas

R, = C H 2 — C H — C O O H

= Cefalinas de serina

I

NH 2

Figura 1. Fosfoglicéridos. 339

Fosfolípidos, biosintesi de R-i—CH=CH—0—1CH2

R2—CO—0—fcH ¿

0 II

H£—0—P—0—R3 OH

R1 = Alquilo

R2 - Alquenilo

R3 - CH2CH2— NH2

or CH2CH2—N(CH3)3

Figura 2. Plasmalógenos. H

OH

H 0

^ H Kh tyl

H >j

0 ll

yo—Ij3—O—CH2

OH OH

OH

¿

I

H

_0_CO_

R

CH 2 — O — C O — R

Figura 3. Fosfátidos de inositol. Esfingosina CH 3 —(CH 2 }, 2 —CH=CH—CHOH

R—CO—NH—CH

0

Colina

I II e CH2—0—Ij'—o — CH2— CH2— NCCH3)3

R = Alquilo o Alquenilo

OH

Figura 4. Fosfátidos de esfingosina.

ácidos grasos. El grupo fosfato puede estar además esterificado con uno de los siguientes alcoholes: colina, etanolamina, serina, glicerol o inositol. Los compuestos resultantes se denominan fosfatidilcolina (lecitina), fosfatidiletanolamina, fosfatidilserina (ambos denominados cefalinas en la literatura antigua), f o s f a t i d i l i n o s i t o l y fosfatidilglicerol. Los ácidos lisofosfatídicos (lisolecitinas y lisocefalinas) contienen un grupo hidroxilo sin esterificar. Se producen a partir de fosfátidos por la enzima fosfolipasa A2 (EC 3.1.14) y A, (EC 3.1.1.32). Los plasmalógenos (Fig. 2) son glicerofosfolípidos en los que el glicerol lleva un grupo 1-alquenil-éter y un ácido graso esterificado con el segundo hidroxilo. Los ácidos plasménicos son compuestos en los que el 3fosfato de glicerol tiene un grupo 1-alquenil-éter y un ácido graso esterificado con el segundo hidroxilo. Por analogía con los derivados del ácido fosfatídico, estos compuestos se denominan plasmeniletanolamina, plasmenilserina, etc. En el difosfatidilglicerol (Cardiolipina, véase), hay dos 340

fracciones de ácido fosfatídico esterificadas en la misma molécula. (2) Las esfingomielinas (esfingofosfolípidos, ceramida 1-fosforilcolina) derivan de esfingosina, largo aminoalcohol insaturado, en vez de del glicerol. En ellas, el grupo amino de la esfingosina forma una unión amida con un ácido graso, y el hidroxilo primario está esterificado con fosforilcolina (Fig. 4). Por tanto, todos los f o s f o l í p i d o s están c o m p u e s t o s por una f r a c c i ó n f u e r t e m e n t e hidrofóbica, los ácidos grasos y la cadena de esfingosina, y otra fuertemente hidrofílica, que en muchos casos (lecitinas y cefalinas) es zwiteriónica. Ello hace que tiendan a formar bicapas en los medios acuosos y que tengan excelentes propiedades emulsificantes. Fosfolípidos, biosíntesis de (Phospholipid biosynthesis): de especial importancia es la biosíntesis de lecitinas y c e f a l i n a s , que son glicerofosfatos. La síntesis de ácido fosfatídico y de 1,2-diacilglicerol, precursores de glicerofosfatos, se describe en biosíntesis Grasa (véase). En la biosíntesis de lecitina (Fig. 1, ver pág. sig.), en la posición a ' del fosfato de glicerol se introduce un ácido graso saturado (p.ej. palmítico o esteárico) y la posición P un ácido graso insaturado (p.ej. oleico o linoleico). Después, por acción de una transferasa de fosforilcolina (EC 2.7.7.15), se transfiere una unidad de colina fosforilada desde el difosfato de colina-citidina (CDP-colina) al diacilglicerol. El CMP resultante se refosforila a CTP con ATP, y el CTP activa otra molécula de fosforilcolina. La biosíntesis de cefalinas es análoga a la de lecitinas. La biosíntesis de fosfatidilserina se realiza a partir de fosfatidiletanolamina. En la biosíntesis de esfingomielinas, se forma esfingosina a partir de palmitaldehído (hexadecanal) y serina vía dihidroesfingosina (Fig. 2, ver pág. sig.). La esfingomielina se forma a partir de /V-aciles-fingosina (ceramida) por condensación con CDP-colina y liberación de CMP. La esfingosina es también precursora para la síntesis de cerebrósidos, sulfátidos y gangliósidos. Fosfón D (Phosphon D): cloruro de 2,4-diclorobencil-tri-n-butilfosfonio, retardante sintético del crecimiento de las plantas; inhibe, p.ej., el crecimiento de los tallos de crisantemo e induce su floración. Fosfopanteteína (Phosphopantetheine): véase 4'-fosfato de Panteteína.

Fosforilación a nivel del sustrato

H,C—OH I HO —CH H2C—O—(P) HOCHj— CH¡—N— (CHJ)J

L-a-Glicerolfosfato

- 2 R —CO SCoA

Colina Colina quinasa (EC 2.7.1.32)

-ATP

* 2 HSCoA H;C—0—CO—R,

©OCHJ—CH—N—(CHJ),

RJ—CO—0 —CH

OFoslocolina

H;C—0-®

Colinfosfato s— CTP citidilpp transferasa ' (EC 2.7.7.15)1 C y t — R ¡ b - ® - ® O C H

2

Ácido fosfatídico

- C H , - N — ( C H

3

) J

Citidinadifosfocolina

H,C — O—CO—R, -CO—0 —CH I H,COH 1,2-Diacilglicerol

CDP-colina

J^-CMP

(JHjO-CO—R, R¿-C0-0 —CH HjC—0-®-0 —CH —CH —N— (CH,), Fosfatidilcolina Lecitina

Figura 1. Biosíntesis de leciíina. Cyt citosina, Rib ribosa, R, residuo de acilo graso saturado, R, residuo de acilo graso insaturado.

CH3(CH2>wlC0—SCOA Palmitil-CoenzimaA

Fosfopiruvato quinasa (Phosphopyruvate kinase): véase Piruvato quinasa. Fosfoproteínas (Phosphoproteins): proteínas conjugadas que contienen fosfato esterificado con los grupos hidroxilo de residuos de serina o (menos frecuentemente) de treonina. Son F. bien conocidas la caseína (véase proteínas de la Leche) y la ovoalbúmina (véase Albúminas). Ésta puede contener uno o dos grupos fosfato: esta microheterogeneidad (véase Heterogeneidad) se debe a las variaciones de la producción y actividad de la fosfoproteína fosfoquinasa en el oviducto de la gallina. Otras F. son fosvitina y vitelina de la yema del huevo, y pepsina del jugo gástrico. Fosfoquinasas (Phosphokinases): véase Quinasas. Fosforilación a nivel del sustrato (Substrate level phosphorylation): síntesis de trifosfato de adenosina (ATP) que no implica fosforilación fotosintética ni fosforilación oxidativa en la cadena respiratoria. Se realiza en la Glicólisis (véase) y en la descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato en el ciclo TCA (véase). En algunas bacterias, también se produce F.n.s. a partir de fosfato de carbamoilo, formado en la degra-

f—NADPH + H+ N*hscoa CH 3 (CHJ)*CH0 Palmitaldehído __ L-Serina

. Mn^ PALP ^ C 0 2 NH2 CHsCCHJ^CHÍOH)—CH—CH20H Dihidroesfingosina [^-—Flavina

r t

• Flavina-H2

NHj

CH3(CH2)i2CH=CH—CH(0H)-CH—CH20H Esfingosína

P

Acyl-CoA

.HSCoA

IjJH-AcilO

CH3(CH2)12CH=CH—CH(0H)-CH—CH20H N-Acilesfingosina

L-Qyt-Rib-O-O-O-CHí-CHj-N^CHaJa L P

C M P

Citidinadifosfocolina IjlH-Acyl

CH3(CH2)12CH=CH-CH(0H)-CH—CH2-0-®-0CH2-CH2-Ntay3 Esfingomielina

Figura 2. Biosíntesis de esfingomielina. fosfato de piridoxal.

PALP,

Fosforilación de la cadena respiratoria

dación de L-citrulina o alantoína. El mecanismo detallado de la F.n.s mejor estudiado es el de las enzimas glicolíticas, 3-fosfato de gliceraldehído deshi-drogenasa y 3-fosfoglicerato quinasa. El complejo enzima-sustrato se oxida, por el NAD+, a un aciltioéster rico en energía; el grupo acilo se transfiere entonces al ácido fosfórico formando 1,3-difosfoglicerato, que contiene un éster alcoholfosfato de baja energía y un acil-(carboxil)fosfato rico en energía. Por acción de la 3-fosfoglicerato quinasa, el fosfato rico en energía del C-l se transfiere al ADP, formando ATP y 3-fosfogIicerato (para la fórmula, véase Glicólisis, Fig. 2). También se forma un tioéster en la descarboxilación oxidativa del a-cetoglutarato en el ciclo TCA, es decir, succinil-CoA. En este caso, el primer producto de la F.n.s. es GTP, que origina ATP por transfosforilación: GTP + ADP ATP + GDP. La síntesis de ATP a partir de fosfoenolpiruvato y ADP, en la glicólisis, es también una F.n.s. No hay un mecanismo general común para la F.n.s. Fosforilación de la cadena respiratoria (Respiratory chain phosphorylation): véase Fosforilación oxidativa. Fosforilación oxidativa (Oxidative phosphorylation), fosforilación de la cadena respiratoria: formación de ATP acoplada al funcionamiento de la Cadena respiratoria (véase). La energía disponible del transporte de electrones desde el sustrato al oxígeno, a través de la cadena respiratoria, determina la síntesis de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico. La oxidación de una molécula de dinucleótido de nicotinamida-adenina reducido (NADH + H+) produce tres moléculas de ATP, mientras que la oxidación de una molécula de dinucleótido de flavina-adenina reducido (FADH2) produce dos ATP. La oxidación completa de una molécula de glucosa produce 38 ATP, 2 en la glicólisis y 36 en la F.o. El mecanismo de la F.o., es decir, la naturaleza del mecanismo que convierte la energía de la corriente de electrones en energía química del ATP, ha constituido siempre un aspecto controvertido de la bioquímica. La primera hipótesis, del acoplamiento químico, propone la existencia de un intermediario rico en energía generado en la corriente de electrones y consumido en la fosforilación del ADP: A red + Bo x + C - > A ox ~ C + B red, AOX ~ C + ADP + P.I —> Ao x +ATP + C A red, + Box + A D P + P.i —»Aox + B red, + ATP 342

Una segunda hipótesis, la del acoplamiento conformado nal, propone que la energía se almacena en un cambio conformacional de una proteína provocado por la corriente de electrones; la vuelta a la conformación original está unida a la síntesis de ATP. Cualquiera que sea el mecanismo de la F.o. eventualmente aceptado, parece haber poca duda de que se basará en la teoría quimioosmótica propuesta por P. Mitchell, galardonado con el premio Nobel. Según esta teoría, la cadena respiratoria produce protones que envía a través de la membrana interna de la Mitocondria (véase). El gradiente de protones resultante conduce a la síntesis de ATP. Las «esferas» F,, visibles en la membrana mitocondrial interna, junto con sus proteínas de membrana hidrofóbicas asociadas, forma una bomba de iones que produce ATP a expensas del gradiente de protones. El mecanismo por el que se acopla el transporte de protones al funcionamiento de la cadena respiratoria no está claro, y el mecanismo final bien puede implicar alguna versión de la teoría del acoplamiento conformacional. La teoría quimioosmótica difiere de otras teorías sobre la F.o. en que el funcionamiento de la cadena respiratoria no está directamente unido a la síntesis de ATP. Incluso en ausencia de una cadena respiratoria, la producción de un gradiente de protones por cualquier otro método debería, según la teoría quimioosmótica, promover la síntesis de ATP, lo cual está comprobado experimentalmente. La formación de un gradiente de protones, o sea, la disminución del pH en el exterior de la membrana mitocondrial durante el funcionamiento de la cadena respiratoria, también está comprobado experimentalmente. La misma teoría explica la Fotofosforilación (véase). Normalmente, la F.o. está acoplada de manera estrecha a la corriente de electrones a lo largo de la cadena respiratoria, es decir, los electrones no fluyen a menos que haya ADP y fosfato inorgánico disponibles para la síntesis de ATP. Este control respiratorio falta en algunos estados patológicos, o se destruye artificialmente por agentes desacoplantes. En los tejidos de grasa parda de algunos mamíferos, el control respiratorio puede estar algo relajado, de manera que se utiliza la corriente de electrones sin génesis de ATP para producir calor. En mitocondrias aisladas, la falta de control respiratorio indica que los orgánulos están dañados. Según la teoría quimioosmótica, los

Fotopro teínas

agentes desacoplantes, p.ej. 2,4-dinitrofenol, actúan haciendo a la membrana interna de la mitocondria permeable a los electrones, de manera que el gradiente se colapsa y es incapaz de generar ATP. La cadena respiratoria está libre entonces de restricción, de manera que la tasa de respiración de mitocondrias desacopladas suele ser más alta que la de las mitocondrias acopladas de respiración óptima. Fósforo (Phosphorus): véase Bioelementos. 5-Fosforribosa, 1-difosfato de (5-Phosphoribose 1-diphosphate): véase 1-pirofosfato de 5Fosforribosilo. 5-Fosforribosilamina (5-Phosphoribosylamine), abrev. PRA: producto intermedio en la biosíntesis de Purina (véase). 5-Fosforribosilo, 1-pirofosfato de (5Phosphoribosyl 1-pirofosfato), 5-fosforribosa 1-difosfato, abrev. PRPP: fosfato de azúcar rico en energía, formado por la transferencia de un residuo de pirofosfato desde el ATP al 5-fosfato de ribosa. A/ 390,1. El PRPP interviene en diversas reacciones biosintéticas, p.ej. en la biosíntesis de purinas, pirimidinas e histidina. Fosfotransacetilasa (Phosphotransacetylase): véase Acetilfosfatasa. Fosfotransferasa, sistema (Phosphotransferase system): véase fosfato de Acetilo. Fosvitina (Phosphovitin): proteína de la yema del huevo que contiene 10% de fosfato (M 180.000). Los residuos de serina, 50% del totaí de aminoácidos, están fosforilados. La F. se sintetiza en el hígado de la gallina ponedora y es transportada por la sangre al huevo en desarrollo. Fotofosforilación (Photophosphorylation): síntesis de ATP en la Fotosíntesis (véase); su mecanismo es similar al de la Fosforilación oxidativa (véase) de la cadena respiratoria; en ambos casos hay citocromos implicados en el transporte de electrones. Existe una F. cíclica y una no cíclica; ambas se producen en algas verdes y en plantas superiores. La F. cíclica implica el transporte cíclico de los electrones: por influencia de la luz, los electrones emitidos por la clorofila« vuelven a la misma a través de una cadena transportadora de electrones, dando lugar a la síntesis de ATP. En este proceso, los huecos positivos originados en la estructura de la clorofila por la pérdida de electrones se rellenan y la energía de excitación electrónica se trasduce a la energía química del ATP. En la F. cíclica interviene el

citocromo/, y el único producto final es ATP. En la F. no cíclica, la síntesis de ATP está unida al transporte de electrones desde el agua al N A D P (véase Fotolisis del agua), produciendo ATP y un agente reductor (NADPH). La producción de oxígeno molecular, producto residual de la fotolisis del agua, es característica de la fotosíntesis de plantas y algas verdes. La F. no cíclica se puede considerar como una reacción de Hill (véase) acoplada a la síntesis de ATP. La F. cíclica sólo necesita el fotosistema I, mientras que la F. no cíclica depende de la actividad coordinada de dos fotosistemas conectados en serie; los electrones se transportan desde los iones OH" del agua al N A D P en un sistema de cadena abierta (no cíclica). Los dos tipos de F. están funcional y estructuralmente separados en el cloroplasto, pero están interrelacionados muy estrechamente. Se pueden separar experimentalmente, p.ej. por los inhibidores o-fenantrolina o diclorofenildimetilurea (DCMU), que bloquean el fotosistema II. No se conoce con certeza la producción de ATP (cociente P:2e) de la F. cíclica ni de la no cíclica. La mayoría de los investigadores obtienen valores de aproximadamente 1,3 (moléculas de ATP sintetizadas por cada 2 electrones transportados al NADP+) en la F. no cíclica, y la producción en la F. cíclica es probablemente menor. Fotoheterotrofismo (Photoheterotrophism): véase Fisiología nutricional de los microorganismos. Fotolisis del agua (Photolysis of water): escisión del agua en la reacción luminosa de la Fotosíntesis (véase); se realiza en el Fotosistema II. No es una simple fotodisociación del agua, sino la contrapartida fisiológica de la reacción de Hill (véase). Los electrones se extraen del agua o de los iones OH" y se transportan al NADP + por medio de una cadena transportadora de electrones; ello da lugar a la producción de oxígeno molecular y a la formación de NADPH + H+. Dado que los agentes de la reacción de Hill oxidan el agua por extracción de electrones, el N A D P es el agente reactivo característico de dicha reacción. Fotoproteínas (Photoproteins): proteínas responsables de la luminiscencia que emiten muchos celentéreos. La emisión de luz por las F. no implica un sistema luciferina-luciferasa (véase Luciferina), y la reacción se produce en ausencia de oxígeno. La aecuorina, F. de la medusa Aequorea, contiene como cromóforo una 2343

Fotorreactivación

aminopirazina sustituida; la producción de luz (^miic 469 nm) se activa específicamente por el Ca2+. En Obelia geniculata se ha aislado una F. activada por Ca2+ similar, obelina (A, de luz emitida 475 nm). Ambas proteínas se han empleado en pruebas sensibles para medir la concentración intracelular de Ca2+, con una sensibilidad de al menos 10 nM Ca2+. [Campbell, A.K. y Simpson, J.S.A., Chemi- and bioluminiscence as an analytical tool in biology, en Techniques in Metabolic Research, B213, pp. 1-56, Elsevier (1979)]. Fotorreactivación (Photoreactivation): reparación de los sistemas biológicos dañados por radiación UV, en un proceso promovido por luz de diferente longitud de onda. Los dímeros de pirimidina que se producen por radiación UV se separan en monómeros por acción de luz UV de menor longitud de onda, la cual activa las enzimas de reparación. La enzima sólo se une a las porciones de DNA dañadas por la luz UV y convierte los dímeros de pirimidina en monómeros cuando se irradia con luz de una longitud de onda adecuada. Fotorrespiración (Photorespiration): respiración estimulada por la luz en organismos fotosintéticos. En las plantas 3C, la iluminación aumenta significativamente la tasa de utilización del oxígeno; el aumento puede llegar a ser hasta un 50% más alto que la tasa neta de la fotosíntesis. Por tanto, la F. determina pérdida de rendimiento de la fotosíntesis de dichas plantas. En las plantas 4C la F. está ausente o es extremadamente baja. La F. se realiza principalmente por acción de la difosfato de Ribulosa carboxilasa (véase) que actúa como oxigenasa, convirtiendo el 1,5difosfato de ribulosa en fosfoglicolato y 3fosfoglicerato por oxidación. El glicolato (derivado del fosfoglicolato) sale del cloroplasto y entra en los peroxisomas, donde se oxida (por una flavoproteína oxidasa) y forma glioxilato. El peróxido de hidrógeno formado por la flavoproteína oxidasa puede oxidar al glioxilato que se forma y producir C0 2 , pero la mayor parte se destruye por peroxidasas y catalasa. La mayor parte del glioxilato se transamina y se convierte en glicina que entra en la mitocondria. La glicina se puede descarboxilar y/o convertirse en serina, parte de la cual vuelve a entrar en los peroxisomas y se oxida formando hidroxipiruvato y D-glicerato. Así, se pierde carbono en forma de C0 2 en varias reacciones. El proceso depende de la luz, que se 344

necesita para el ciclo de Calvin que proporciona el 1,5-difosfato de ribulosa. Algunas de estas reacciones se muestran en el diagrama del ciclo del glicolato (véase Glicina), aunque en dicho diagrama se muestra que el fosfoglicolato procede del glicolaldehído activo. Véase también Punto de compensación de C0 2 ; Punto de compensación de luz. Fotosíntesis (Photosynthesis); 1. Cualquier síntesis dependiente de la luz. 2. Síntesis reductora de glícidos en las plantas verdes y Bacterias fotosintéticas (véase). Antiguamente se definía F. como la asimilación del dióxido de carbono, pero en la actualidad se considera como un proceso fundamental de trasducción de energía, en el que la energía luminosa se convierte en energía química de compuestos orgánicos oxidables. La F. de las plantas verdes (no la de las bacterias fotosintéticas) se representa por: 6CCX + 6H,0

h\ Clorofila

En principio, esta reacción general es la opuesta a la de la Respiración (véase) y está catalizada por la clorofila a, que es parte estructural de los Tilacoides (véase). En las bacterias fotosintéticas, en vez de clorofila a hay bacterioclorofila a (véase Fotosíntesis bacteriana). Otros Pigmentos fotosintéticos (véase) intervienen como auxiliares para la absorción de luz y la transferencia de energía. La F. es el proceso más importante para producir compuestos orgánicos en la biosfera. Todos los organismos no fotosintéticos dependen directa o indirectamente de la F. de los organismos fototróficos. En comparación, la Quimiosíntesis (véase) desempeña un papel insignificante en el ciclo del carbono de la biosfera. La F. es un proceso energía-dependiente (endoergónico), en el que la energía luminosa se convierte en energía química del ATP por Fotofosforilación (véase). Además, la F. de las plantas verdes (no la de las bacterias fotosintéticas) produce NADP reducido, un agente reductor que la célula usa en la biosíntesis reductora. La síntesis de ATP, NADPH y H+ se realiza en la fotofosforilación no cíclica ligada a la fotolisis del agua. El ATP y el NADPH, productos primarios de la F., tienen una existencia efímera (es decir, son rápidamente utilizados) y no se acumulan. Son los primeros compuestos relativamente estables que se producen en la reacción luminosa de la fotosíntesis, en la que la energía de la luz, mediante

Fotosíntesis la energía de excitación de los electrones, se trasduce en la energía química de un compuesto rico en energía (ATP) y un agente reductor ( N A D P H ) . En sentido estricto, la reacción luminosa consiste en unos procesos puramente fotoquímicos, y las reacciones químicas de la fotofosforilación, en las que la luz no desempeña un papel directo, deben describirse como las reacciones en la oscuridad. Sin embargo, se designa convencionalmente reacción luminosa a los procesos que tienen lugar con el concurso de la clorofila estructural, junto con la reducción del N A D P + y la s í n t e s i s de ATP (es decir, la producción de potencial asimilador, término acuñado por Arnon). Estas reacciones (a diferencia de los procesos puramente químicos de la reacción oscura) no dependen de la temperatura. La reacción oscura de la F. incluye las reacciones de la síntesis reductora de glícidos, p.ej., síntesis de almidón o sacarosa, y las reacciones iniciales de fijación de C 0 2 en las plantas 4C, es decir, desde la fijación inicial de dióxido de carbono hasta la formación de glícidos de reserva, p.ej. almidón. Estos procesos se describen en ciclo de Calvin; ciclo de Hatch-Slack-Kortschack; Almidón (véanse). En las plantas verdes, la F. se realiza en los Cloroplastos (véase). Todos los procesos de la reacción luminosa se realizan en las membranas de los tilacoides, mientras que las reacciones oscuras se realizan en el estroma de los cloroplastos, el cual, a excepción de la carboxidismutasa de los tilacoides, contiene las enzimas necesarias para la asimilación de dióxido de carbono (Fig. 1). El estroma contiene también el sistema para la biosíntesis de Proteínas (véase) del cloroplasto. Las bacterias fotosintéticas sólo poseen un fotosistema, denominado fotosistema I, mientras

Figura 1. Relación entre las reacciones y oscuras de la fotosíntesis.

luminosas

que las plantas verdes poseen los fotosistemas I y II (véase Fotosistemas). La fosforilación cíclica sólo requiere el fotosistema I. En la fosforilación no cíclica, ambos sistemas están acoplados, y su interrelación se muestra esquemáticamente en el llamado diagrama de energía en «zig-zag» (Fig. 2). Las clorofilas a{ y an absorben luz y emiten electrones. Los electrones emitidos por la clorofila a¡ son recogidos por la ferredoxina y transferidos al NADP + , mientras que los emitidos por la clorofila an son transportados a la clorofila a, por una cadena transportadora de electrones que contiene plastoquinona, plastocianina y citocromo f; estos electrones ocupan los huecos positivos (dejados por la emisión de electrones) de la clorofila^,. La función de la cadena transportadora de electrones está acoplada a la síntesis de ATP. Los huecos positivos de la clorofila a n son ocupados por electrones procedentes de la fotolisis de iones hidroxilo. La función conjunta de los dos fotosistemas conduce a la síntesis de ATP y NADPH. Los electrones de la clorofila a, también pueden tomar parte en el transporte cíclico de electrones mediante la cadena del citocromo y volver de nuevo a la clorofila au, produciendo así ATP, pero no NADPH (véase Fotofosforilación). El aceptor natural de electrones del fotosistema I no se ha identificado, y se conoce como sustancia reductora de ferredoxina (FRS). La naturaleza de la transferencia de electrones entre el fotosistema II y la plastoquinona también es incierta; se desconoce el aceptor primario de electrones del fotosistema II (que apaga la fluorescencia de la clorofila, y se denomina sustancia Q). Algunos herbicidas, p.ej. bipiridilio, paracuat y dicuat, actúan c o m o a c e p t o r e s o d o n a n t e s Chl—af

Figura 2. Acoplamiento de las dos reacciones luminosas de la fotofosforilación no cíclica. Chi clorofila, Cit citocromo, Fd ferredoxina, FRS sustancia reductora de ferredoxina, Q sustancia apagadora. 345

Fotosíntesis bacteriana

artificiales de electrones, cortocircuitando la cadena transportadora de electrones de la F. y compitiendo con la ferredoxina por los electrones de la sustancia reductora de ferredoxina; el bipiridilio reducido se oxida espontáneamente formando peróxido de hidrógeno, que daña los tejidos de la planta. Otros herbicidas bloquean la corriente de electrones desde el agua al fotosistema II, p.ej. monurón (3-(4-clorofenil)l,l-dimetilurea, o CMU) y diurón (diclorofenildimetilurea o DCMU). Nomenclatura: Los fotosistemas I y II son responsables de las reacciones luminosas 1 y 2. Por otra parte, es costumbre referirse al conjunto de las reacciones luminosas, incluyendo la síntesis de ATP y la reducción del NADP, como la reacción luminosa de la F. De manera similar, se habla de las reacciones oscuras o la reacción oscura de la F. El fotosistema I se denomina así porque apareció primero en la evolución (es decir, en las bacterias fotosintéticas), mientras que el fotosistema II y la fotolisis del agua que le acompaña fue el resultado de un desarrollo evolutivo posterior. Fotosíntesis bacteriana (Bacterial photosynthesis): forma primitiva de fotosíntesis que utiliza H 2 S, tiosulfato, ácidos grasos u otros agentes reductores orgánicos en vez de agua como fuente de hidrógeno durante el proceso de fijación de carbono. A diferencia de la Fotosíntesis de las plantas verdes (véase), la F.b. sólo implica un fotosistema, por lo que sólo realiza fotofosforilación cíclica y no la fotofosforilación no cíclica descrita en plantas verdes. La formación de poder reductor (NADH en vez de NADPH) es facultativa e independiente de la luz. La F.b. se caracteriza también por poseer Transporte de electrones inverso (véase). Los pigmentos fotosintéticos también son diferentes a los de las plantas verdes. En vez de clorofila a hay bacterioclorofila a, con máximos de absorción entre 800 y 1.000 nm. En Rhodospirillum rubrum, el citocromo P7(X), una modificación espectral de la clorofila a, se sustituye por una modificación de la bacterioclorofila a, el Pg9(1 que presumiblemente desempeña el mismo papel que el P7()() en plantas. Fotosistemas (Photosystems), sistemas de pigmentos: unidades morfofuncionales de la reacción luminosa de la Fotosíntesis (véase). Aunque la clorofila absorbe luz de 680 a 700 nm, la eficacia cuántica de la fotosíntesis disminuye radicalmente a longitudes de onda superiores a 346

680 nm. Este fenómeno se conoce como «caída roja». Sin embargo, la eficacia cuántica de la luz de más de 680 nm aumenta por la presencia simultánea de luz de menor longitud de onda. Este Efecto Emerson (véase) condujo a proponer que la fotosíntesis depende de la interacción de dos reacciones luminosas (es decir, dos fotosistemas), producidas ambas por luz de menos de 680 nm, pero sólo una de ellas por luz de mayor longitud de onda. Como hipótesis de trabajo para la distribución de las clorofilas en los dos fotosistemas (fotosistemas I y II, o sistemas de pigmentos I y II), se ha propuesto que los pigmentos están agrupados según su máximo de absorción de luz, ordenados para captarla de la misma manera que una arqueta de lluvia está diseñada para recoger el agua. Así, la clorofila b (A.máx 650 nm) del fotosistema I absorbe luz; por transferencia de resonancia, los cuantos de luz se transfieren entonces a clorofila a (Xni¡¡x 670 nm), de ahí a clorofila a (kaúK 680 nm), luego a clorofila a (X,máx 695 nm); finalmente toda la energía captada se concentra y recoge en unas pocas moléculas de P7(H). La luz también se absorbe y se transfiere independiente y directamente por cada clorofila del sistema. Hay relativamente pocas moléculas de P7(|(1 (véase Pigmento 700), que es el último aceptor o colector de energía. De manera similar, el fotosistema II contiene clorofila 05U clorofila am), clorofila a6m y un último colector de energía denominado Pfi9(1. El fotosistema II es responsable de la fotolisis del agua. Se ha demostrado que se necesitan 4 cuantos de luz para la producción de una molécula de oxígeno en el PS II. La salida de un electrón por fotoexcitación del PS II origina un catión, que a su vez extrae un electrón del agua por una proteína que escinde agua. El centro de reacción de esta proteína contiene dos iones de manganeso separados por sólo 0,27 nm, que presumiblemente sufren óxido-reducción reversible: Mn3+ ^ Mn4+ Los dos fotosistemas están acoplados en serie (véase Fotosíntesis). Fototropismo (Phototrophism): Véase Fisiología nutricional de los microorganismos. Fragarina (Fragarin): véase Pelargonidina. Fragmento Fab (Fab fragment): véase Inmunoglobulinas. Fragmento Fe (Fe fragment): véase Immunoglobulinas.

D-Fructosa

Fragmentos de restricción, polimorfismo de la longitud de los (Restriction fragment length polymorphisms): variaciones en la longitud de los fragmentos de ácidos nucleicos producidos por digestión por endonucleasas, resultado del polimorfismo del genoma. Tras la digestión del DNA con la endonucleasa de restricción adecuada, el patrón electroforético de los fragmentos de DNA se analiza por transferencia Southern. Se ha usado el F.r.p.l. para estimar la heterogeneidad estructural de los genes. También se usa en estudios de enlace como marcadores para detectar enfermedades, como trazadores para identificar alelos en análisis genealógicos y para determinar el origen clonal de tumores. En los estudios de enlace, el polimorfismo puede no existir en el gen en cuestión pero estar estrechamente unido a él, p.ej. el gen normal de la hemoglobina humana y el gen de la globina de las células falciformes están ligados en diferentes lugares Hpa I (Upa I es una endonucleasa de restricción de Haemophilus parainfluenzae, cuya secuencia diana es GTTÍAAC). Así, la digestión por Hpa I del DNA que contiene el gen falciforme produce un fragmento de 13 kb que no se encuentra en la digestión del DNA normal, mientras que la digestión de éste produce un fragmento de 7,6 kb que no se encuentra en el DNA que contiene el gen falciforme (Fig.). [D. Botsteinef al., Am. J. Hum. Genet. 32 (1980) 314331; B. Vogelsteinef ai, Science 227 (1985) 6426451. Gen normal j


-92° (c = 2, agua). Tiene un sabor más dulce que cualquier otro glícido y es fermentable por levaduras. Cristaliza como P-piranosa, pero forma compuestos como furanosa (véase Glícidos). La reducción química produce D-sorbitol y D-manitol en proporción 1:1. Sus derivados 1,6-difosfato y 1-fosfato de la fructosa son metabòlicamente importantes. La F. se encuentra, junto con glucosa y sacarosa, en muchas frutas dulces y en la miel. Es componente de muchos oligosacáridos, incluyendo sacarosa, rafinosa, estaquiosa y gentianosa y de varios polisacáridos, como inulina y levano. La F. se usa como edulcorante para diabéticos, porque no eleva el nivel de azúcar en sangre, incluso en grandes cantidades. Metabolismo: la F. se fosforila a 1-fosfato de fructosa por la cetohexoquinasa (EC 2.7.1.3); sólo una pequeña cantidad se fosforila en posición 6. En el hígado, la 1-fosfato de F. se escinde en fosfato de dihidroxiacetona, que entra directamente en la Glicólisis (véase), y gliceraldehído, que se fosforila a 2-fosfoglicerato (requiere ATP y NAD+) o a 3-fosfato de gliceraldehído. Los dos se pueden incorporar al metabolismo general de glícidos. Como las etapas de la degradación de F. son diferentes de las de la glucosa, los dos procesos se regulan independientemente. El hígado también 347

Fructosa, 1,6-difosfato

convierte F. en glucosa, vía el alcohol de azúcar sorbitol. OfeOH

co l HO—C—H HOHjC |

CH5OH

•CH2OH

HO H

P-D-Fmctosa Fructofuranosa

Fructopiranosa

Fructosa, 1,6-difosfato de (Fructose 1,6bisphosphate), fructosa 1,6-difosfato, éster de Hardert-Young: derivado de fructosa en el que los grupos OH de los átomos C-l y C-6 están esterificados con ácido fosfórico. Es un importante intermediario metabòlico (véase Glicólisis). Fructosa, 2,6-difosfato de (Fructose 2,6bisphosphate): activador de la fosfofructoquinasa de baja Mr. Se ha purificado a partir de hígado de rata. [Van Schaftingen, E., Hue, L„ and Hers, H.-G. (1980) Biochem. J. 192, 897-901], F r u c t o s a - d i f o s f a t o aldolasa (Fructosebisphosphate aldolase), aldolasa (EC 4.1.2.13): liasa tetramérica que escinde reversiblemente el 1,6-difosfato de fructosa en dos fosfatos de triosa, fosfato de dihidroxiacetona y fosfato de Dgliceraldehído. La reacción es análoga a la condensación alcohólica (CH 3 CHO + CHICHO CH 3 -CHOH-CH 2 -CHO) de ahí el nombre de la enzima. Las concentraciones de equilibrio son 89% de bifosfato de fructosa y 11% de fosfato de triosa. La enzima cataliza la condensación de diversos aldehidos con fosfato de dihidroxiacetona y también escinde 1-fosfato de fructosa. La aldolasa del hígado (aldolasa B, M. 156.000, 4 subunidades de A/ 39.000) escinde 1,6-difosfato y 1-fosfato de fructosa aproximadamente a la misma velocidad. Sin embargo, la aldolasa del músculo (aldolasa A, Mt 160.000,4 subunidades de M 41.000, IP 6,1 ) es más activa con el difosfato. La aldolasa de levaduras se inhibe por cisterna y los iones Fe2+, Zn 2t y Co2+ la reactivan. La Ai de la aldolasa de hojas de espinacas es sólo 120.000 (Ai de las subunidades, 30.000). De los órganos animales y humanos, el músculo esquelético tiene la mayor actividad aldolasa, 5 veces mayor que la de cerebro, hígado y músculo cardíaco. Por esta razón, la determinación de la aldolasa en él suero tiene valor diagnóstico en enfermedades musculares como mioglobinuria o distrofia muscular progresiva. 348

Fructosa, intolerancia a la (Fructose intolerance): véase Errores congénitos del metabolismo. Fructosa, 6-fosfato de (Fructose 6-phosphate), éster de Neuberg: éster fosfórico de fructosa. Es un intermediario de la Glicólisis (véase), producido por isomerización de 6-fosfato de glucosa. También se produce por transcetolación de 4-fosfato de eritrosa. P-h-Fructosidasa (P-h-Fructosidase): véase Invertasa. Fructosuria (Fructosuria): véase Errores congénitos del metabolismo. FSH: véase Hormona foliculoestimulante. Fruta, azúcar de la (Fruit sugar): véase DFructosa. L-Fucosa (L-Fucose): 6-desoxi-L-galactosa, A/ 164, p.f. (forma a ) 140°C [a]*1 - 1 5 3 ° - 7 6 ° (c = 9). Es componente de los grupos sanguíneos A, B y O, y de varios oligosacáridos de la leche humana, hierbas marinas y mucílagos de plantas. También se encuentra en diversos glicósidos y en antibióticos, algunos de los cuales también contienen D-fucosa. La L-F. se sintetiza como derivado activado de difosfato de guanosinafucosa a partir de GDP-D-manosa, por deshidrogenación, isomerización y reducción. CH0 I H0—C—H I H—C—OH I H—C—OH I H0—C—H I CH3 L-Fucosa Fucosidosis (Fucosidosis): véase Errores congénitos del metabolismo. Fucosterol (Fucosterol): (24E)-estigmasta5,24(28)-dien-3P-ol, un fitosterol (véase Esteroles). Mr 412,67, p.f. 124°C, [a] 2 0 - 3 8 , 4 ° (cloroformo). Es característico de las algas pardas marinas y también se ha aislado en algas de agua dulce. F u c o x a n t i n a (Fucoxanthin): p i g m e n t o carotenoide con un grupo aleño, un epoxi, un carbonilo y tres grupos hidroxilo, uno de ellos acetilado. M 658,88, p.f. 160°C [a]¿8 +72,5° ± 9 o (cloroformo). Las configuraciones de los centros

Fusicocina

quirales son 3 S, 5 R, 6 S, 3' S, 5' R, 6' R. La F. se encuentra en muchas algas marinas, especialmente las algas pardas (Phaeophyta) y es el más abundante de los carotenoides naturales.

Fumigatina (Fumigatin): véase Benzoquinonas. Funtumia, alcaloides de (Funtumia alkaloids): grupo de alcaloides esteroides característicos del género Funtumia, de la familia Apocynaceae. Derivan del pregnano (véase Esteroides) y tienen un grupo amino o metilamino en el C-3 y/o C-20. Los más importantes y representativos son Funtumina (3a-amino-5ocpregnano-20-ona) y funtumidina (3a-amino-5ccpregneno-20a-ol) de Funtumia latifolia. Se biosintetizan a partir de colesterol y pregnenolona. Funtumidina (Funtumidine): véase alcaloides de Funtumia. Funtumina (Funtumine): véase alcaloides de Funtumia.

Fucoxantina Fumarasa (Fumarase), fumarato hidratasa (EC 4.2.1.2): enzima del ciclo TCA que convierte el fumarato en malato por adición de agua al doble enlace. La reacción es reversible. A diferencia de otras hidrolasas que requieren como cofactores fosfato de piridoxal o iones metálicos, la F. no requiere cofactor. Existe en varias formas isoenzimáticas. La F. (Mr 194.000, 1.784 aminoácidos) es un tetràmero de subunidades idénticas (A/ 48.500). Es de destacar que la molécula no contiene puentes disulfuro. Fumárico, ácido (Fumarie acid): ácido transetileno dicarboxílico. p.f. 286-287°C en tubo cerrado; sublima a 200°C. Se aisló en 1810 en setas y en Fumaría officinalis en 1833. En forma libre es muy abundante en plantas. El A.f. es un intermediario del ciclo TCA (véase) y la forma en que los esqueletos carbonados de aspartate (véase ciclo de la Urea), fenilalanina y tirosina (vía fumarilacetoacetato) se incorporan al ciclo. El isómero cis es el ácido maleico.

/ HOOC

\ H

Ácido fumárico

Furanosas (Furanoses): véase Glícidos. Fusel, aceite (Fusel oil): producto secundario de la fermentación alcohólica, de sabor desagradable. Se compone principalmente de alcoholes de amilo, isoamilo, isobutilo y propilo. Los compuestos se forman a partir de aminoácidos, especialmente leucina, isoleucina y tirosina, por desaminación y descarboxilación. El tirasol, que se forma a partir de tirosina, es un componente de la cerveza. Fusicocina (Fusicoccin), fusicocina A: la principal toxina aislada en filtrados de cultivos de Fusicoccum amygdali, un hongo patogénico causante del marchitamiento del almendro y el melocotonero. Se cree que activa específicamente un solo sistema central de transporte (posiblemente interaccionando con la ATPasa del plasmalema, y estimulando, por tanto, la conversión de la energía del enlace fosfato en un gradiente de protones) y que los demás efectos de la toxina son consecuencia de este proceso fundamental. No tiene efectos sobre hongos, bacterias o animales. En plantas superiores, produce generalmente alargamiento de las células, eflujo de protones, de K+ y apertura de los estomas. También promueve la germinación de la semilla en antagonismo con el ácido abscísico. 349

Fusídico, ácido

Hay dos series de F. relacionadas, todas ellas presentes como co-metabolitos en filtrados de cultivos de Fusicoccum amygdali: 1. fusicocina A y 10 co-metabolitos que difieren sólo en el número y posición de los grupos acetilo (resultado probablemente de migraciones no enzimáticas de los grupos acetilo in vitro) y 2. 19 desoxifusicocinas. Los estudios de mareaje demuestran que las F. son verdaderos diterpenos (observóse que los opiobolanos estructuralmente similares son sesquiterpenos). Tres de los cuatro posibles hidrógenos 4-pro-R del ácido mevalónico, se

OH CH3 ! 6' I C H j C O O ^ ^ v . ch2oc - c h = c h 2 Hn MU

CH 1 I 3 - - N > ° 20 19 y h3cvJ5 ,ch 2 ococh 3 o H

CH,0CH, 16

Fusicocina [K.D. Barrow etal. Chem. Commun. No. 19 (1968) 1198-1200], Me

Me

OH

incorporan a la aglicona, incluyendo uno en C-6 y uno en C-15, pero ninguno en C-3. Uno de los átomos H en posición 2 del ácido mevalónico se incorpora al C-8 (véase opiobolina, donde este hidrógeno migra al C-15). Seis de los ocho hidrógenos posibles en posición 5 del ácido mevalónico se incorporan a la aglicona, dos de ellos en C-9 y C-13. Estos resultados, junto con los patrones de mareaje del ácido mevalónico con 13 C y l4C, sólo concuerdan con la síntesis vía todoíraní-geranilgeranilpirofosfato. El cierre final del anillo, por dos desplazamientos hidruro 1,2 consecutivos, se demostró de manera concluyente por la incorporación de [3- l3 C, 4- 2 H 2 ]-(3RS) mevalonolactona; el análisis de NMR de la F. resultante demostró que las señales debidas a 13 C-7 y l3C-15 estaban muy disminuidas, debido a la presencia de 2H en cada una de ellos. Las fusicocinas y las Cotileninas (véase) constituyen una clase de compuestos sin otros representantes naturales conocidos. El residuo de azúcar glicosídico tampoco es común en metabolitos fúngicos. [E. Marré (1979)Ann. Rev. Plant. Physiol. 30, 273-278 (modo de acción y fisiología); A. Banerji etal. (1978)7. Chem. Soc. Chem. Comm; 843-845 (biosíntesis)]. Fusídico, ácido (Fusidic acid): antibiótico tetracíclico triterpénico. Ai 516,69, p.f. 192°C [a]p"-9° (cloroformo). Se ha aislado en filtrados de cultivos de Fusidium coccineum, y como los

Me

[3-,3C. í-2H2] (3RS) mevalonolactona

Plrofosfato de geranilgeranllo (todo frans)

3/

H • = "C

Me

QH

CH 2 0Me D=2H

Biosíntesis del anillo de la aglicona de las fusicocinas. 350

Me

Me

Fusión, punto de antibióticos relacionados CefalosporinaP, (véase) y ácido helvólico, es eficaz contra organismos Gram-positivos. El A.f. se biosintetiza a partir de escualeno vía 2,3-epoxiescualeno. Inhibe la síntesis de proteínas impidiendo la reacción del factor de elongación EFG con la subunidad ribosómica menor.

OCOCH3

HO'

1 ¡ ' H

Acido fusídico Fusión, punto de (Melting point), T¡a, tm: temperatura en°C a la que el 50% de un ácido nucleico de doble cadena se desnaturaliza a cadena sencilla. Se calienta una solución de DNA y su absorbancia a 260 nm se representa en función de la temperatura. La transición de DNA de doble cadena a cadena sencilla se produce en un rango relativamente pequeño de temperatura y se caracteriza por incremento de la absorbancia a 260 nm (la fusión de DNA también va acompañada por reducción de la viscosidad, alteración de la rotación óptica y aumento de la densidad). La T es la temperatura en el punto medio (la mitad del incremento total de la absorbancia a 260 nm) de la curva sigmoidea. Lo abrupto de la transición indica una alteración cooperativa de la estructura de toda la molécula (la Tm está muy por encima de la temperatura necesaria para desunir las bases y destruir una hélice sencilla, que se mantienen

unidas por puentes de hidrógeno entre las dos hélices; las cadenas se separan cuando los puentes de hidrógeno existentes entre los pares de bases se rompen finalmente). El RNA de cadena sencilla muestra sólo un incremento gradual de la absorbancia en un amplio rango de temperaturas jy no tiene T . fu En condiciones normales de pH y fuerza iónica, la Tm del DNA es proporcional a la estabilidad de la molécula. El par de bases guanina-citosina (véase apareamiento de Bases) tiene tres puentes de hidrógeno, y el de adenina-timina tiene sólo dos, por lo que hay una relación lineal entre el contenido de GC del DNA Jy su valor Tni: T m = 69°C + 0,41 (% molar GC); es decir, a mayor número de puentes de hidrógeno, mayor será la temperatura necesaria para separar las hebras de la doble hélice. Medida delaT mde los ácidos nucleicos híbridos (véase Hibridación): 1. Durante 15 min, se incuban discos de nitrato de celulosa con cantidades conocidas del híbrido radiactivo (p.ej. DNA: 3 2 P-RNA) a distintas temperaturas altas, se enfrían, se tratan con una nucleasa específica para ácido nucleico de cadena sencilla (en este caso, una RNAasa), se lavan y se mide la radiactividad. El perfil de fusión se determina a partir de la caída de radioactividad. 2. Para procesos a pequeña o gran escala se usa una columna de hidroxiapatita, que retiene los ácidos nucleicos de doble cadena, y los de cadena sencilla se eliminan por lavado. La columna (aislada con camisa de agua) se eluye a diversas temperaturas altas (p.ej. en el rango 60-120°C) y se controla la salida del material de cadena sencilla (radioactividad o A ) en el efluente.

351

G

G: véase Guanina. GA3: véase Giberelinas. GABA: véase ácido 4-Aminobutírico. Gadoleínico, ácido (Gadoleinic acid), ácido á'-eicosenoico: CH3-(CH2)9-CH = CH-(CH2)7COOH, un ácido graso. Ai 310,5, p.f. 39°C. Es un componente de los acilgliceroles de aceites de plantas y peces, y de los fosfátidos. Galactanos (Galactans): polisacáridos vegetales de D-galactosa, de M alta. No suelen ser ramificados. Son ejemplos el agar-agar y la carragenina. Galactitol (Galactitol): véase Dulcitol. Galactoquinasa, deficiencia de (Galactokinase deficiency): véase Errores congénitos del metabolismo. Galactosa (Galactose): aldohexosa presente en la naturaleza en formas D y L. Mr 180,16, D-Galactosa, p.f. 167°C, forma a, [a]¿° + 151° +80° (agua); forma |3, [oc]*1 + 53° -> +80° (agua). La L-galactosa, p.f. 165°C, se encuentra principalmente en animales, y es componente de oligosacáridos, como lactosa, y de cerebrósidos y gangliósidos de los tejidos nerviosos. En plantas, es componente de la melibiosa, rafinosa y estaquiosa y de los Galactanos (véase); es también el azúcar componente de algunos glicósidos.

H

OH

a-D-Galactosa

Metabolismo: la G. se sintetiza como difosfato de uridina y galactosa (UDP)-G a partir de UDP-glucosa. La epimerización en C 4 está catalizada por la UDP-galactosa 4-epimerasa (EC 5.1.3.2); la reacción es reversible y la degradación de UDPgalactosa se produce vía UDP-glucosa. La G. se incorpora al metabolismo general de la glucosa por el proceso mostrado en la figura. El 1-fosfato de G. también puede reaccionar directamente con UTP formando UDP-galactosa. Galactosa epimerasa, deficiencia de (Galactose epimerase deficiency): véase Errores congénitos del metabolismo. D-Galactosamina (D-Galactosamine), condrosamina, 2-amino-2-desoxi-D-galactosa: un aminoazúcar. M 179,17, p.f. del hidrocloruro, 185°C [af» +125° + 98° (agua). Se obtiene a partir de D-galactosa por sustitución del grupo OH

Galactosa

|l)DP-glucosa

Relación entre el metabolismo de galactosa y de glucosa. 353

Galactosemia

(hidrólisis)

Galactosa

Glucosa

Figura 1. Hidrólisis de lactosa a galactosa y glucosa, y transglicosilación de lactosa a 1,6-alolactosa. Ambas reacciones están catalizadas por la p-galactosidasa.

Figura 2. Isopropiltiogalactósido, inductor gratuito de la P-galactosidasa.

del C 2 por un grupo amino. En la naturaleza se encuentra normalmente como derivado N-acetilo y es componente de algunos mucopolisacáridos como sulfato de condroitina, grupo sanguíneo A, etc. También se encuentra en mucoproteínas. Galactosemia (Galactosemia): véase Errores congénitos del metabolismo. f)-Galactosidasa (p-Galactosidase) (EC 3.2.1.23): disacaridasa que hidroliza lactosa a galactosa y glucosa (Fig. 1). El operón lactosa (operón/ac) dt Escherichia coli contiene los genes estructurales P-galactosidasa, galactósido permeasa y tiogalactósido transacetilasa. La inducción de la transcripción del operón lac (inducción de la síntesis de P-galactosidasa y de las otras dos enzimas) permite a la bacteria utilizar lactosa como única fuente de carbono. El verdadero inductor es 1,6-alolactosa, formado a partir de lactosa por transglicosilación (Fig. 1). También se conocen inductores no metabolizables o gratuitos del operón lac, p.ej., isopropiltiogalactósido (Fig. 2). Estudios ya clásicos sobre la inducción de la p-galactosidasa condujeron a Jacob y Monod a 354

proponer el modelo del Operón (véase) para la regulación de la síntesis de proteínas. La actividad p-G. se determina adecuadamente con el sustrato incoloro o-nitrofenil-p-D-galactósido, que se hidroliza a galactosa y o-nitrofenol, producto coloreado que se determina espectrofotométricamente. Véase Inducción enzimàtica; Represión enzimàtica [J.H. Miller, Experìments in Molecular Genetics (Cold Spring Harbor, New Yoric, 1972)]. Galactosilceramida, lipidosis de (Galactosylceramide lipidosis): véase Errores congénitos del metabolismo. Galactosuria (Galactosuria): véase Errores congénitos del metabolismo. D-Galacturónico, ácido (D-Galacturonic acid): ácido uránico derivado de D-galactosa. M 194,14, p.f. 159°C, forma a, [a]*' + 98° 50,8° (agua), forma p, [a]¿" + IT 50,8° (agua). Las pectinas contienen 40-60% de A.g.; es también componente de unos pocos polisacáridos vegetales. Galantina (Gallamine): véase Acetilcolina. Galangina (Galangin): véase Flavonas (Tabla). Galantamina (Galanthamine): véase alcaloides de Amarilidáceas. Galegina (Galegine), (3-metil-2-butenil) guanidina: derivado de guanidina presente, junto con 4-hidroxigalegina, en las semillas de la ruda cabruna, Galega officinalis. Se sintetiza en los brotes y se acumula en las semillas. Su cadena isoprenoide no deriva de la secuencia ácido mevalónico-pirofosfato de isopentenilo de la biosíntesis de terpenos. El grupo guanidino se añade por una Transamidinación (véase).

Gencianosa

Gálico, ácido (Gallic acid): véase Taninos. Galotanino chino (Chínese gallotannin): véase Taninos. Gametos, atrayentes de (Gamete attractants): véase Atrayentes sexuales. Gamonas (Gamones): Atrayentes sexuales de plantas (véase). Gangliósido (Ganglioside): véanse Glicolípidos; Errores congénitos del metabolismo. GAR: véase ribótido de Glicinamida. Gastrina (Gastrin): hormona hexadecapeptídica del antro gástrico. La G.I humana es Pyr-Gly-Pro-Trp-Leu-[Glu] 5 -Ala-Gly-Tyr-TrpMet-Asp-Phe-NHj, M 2.116. La G.II humana tiene un grupo sulfato adicional en Tyr 12. En la G. porcina, la Leu 5 está sustituida por Met, y por Val en las hormonas de oveja y bovino; además, en la posición 10 de la bovina hay Ala en vez de Glu. La G. es homologa del extremo C-terminal de la colecistocinina. El péptido C-terminal, tetragastrina (Trp-Met-Asp-Phe-NH2) se utiliza para analizar la secreción de jugo digestivo. Por radioinmunología se ha detectado una G. grande activa, de 34 aminoácidos. La G. se forma en la mucosa del antro en respuesta a pH alcalino y a estimulación mecánica y del vago (acetilcolina); el jugo estomacal ácido inhibe su secreción. La presencia de G. en la sangre estimula la producción y secreción de ácido clorhídrico en la mucosa estomacal y de enzimas digestivas en el páncreas. La colecistocinina es inhibidor competitivo de G. Se detecta por radioinmunoanálisis. Gaucher, enfermedad de (Gaucher's disease): véase Errores congénitos del metabolismo. Gay-Lussac, ecuación de (Gay-Lussac equation): véase Fermentación alcohólica. Gazaniaxantina (Gazaniaxanthin): véase Rubixantina. GDP: abrev. de 5'-difosfato de Guanosina. Véase fosfatos de Guanosina. Gel: abrev. de L-glutamina. Gelatinas (Gelatins): proteínas obtenidas por extracción de tejidos ricos en Colágeno (véase). Gen (Gene): sección de DNA que codifica una cadena polipeptídica (gen estructural), una especie particular de RNA ribosómico o de transferencia, o una secuencia que es reconocida e interacciona con proteínas reguladoras (gen regulador). Un G. estructural es lo mismo que un cistrón. En procariotas, es frecuente que una unidad reguladora, Operón (véase), incluya varios

cistrones. En eucariotas, las secuencias de nucleótidos que codifican secuencias de aminoácidos (exones) están frecuentemente separadas por secuencias no codificantes (intrones) que se eliminan por modificación posttranscripcional del RNA (véase). Tales genes se denominan G. cortados («Split G»). Genciana, alcaloides de (Gentiana alkaloids): alcaloides terpénicos con un esqueleto de piridina (por tanto son también alcaloides piridínicos), presentes principalmente en plantas del género Gentiana. Los precursores biogenéticos de los A.g. son probablemente monoterpenos bicíclicos, lo cual se apoya en que la Gencianina (véase) se obtiene fácilmente a partir de genciopicrósido en presencia de iones amonio (Fig.).

Genciopicrósido

Gentianina

Genciánico, ácido (Gentianic acid): véase Gencianina, 2. Gencianina (Gentianine): 1. alcaloide terpénico y piridínico, Ai 175,18, p.f. 82-83°C. Se encuentra en muchas plantas de la familia de la genciana (Gentianaceae). Su existencia fue largamente discutida, porque, en presencia de iones amonio, se forma fácilmente a partir de genciopicrósido, glicósido presente en las raíces de muchas de estas plantas, Ai 356,32, p.f. 191°C (anhidro), 121 °C (semihidratado), [a]*1 -199° (etanol). 2. Gencisina, ácido genciánico, l,7-dihidroxi-3metoxi-9H-xanteno-9-ona, pigmento amarillo de la genciana amarilla (Gentiana lútea). Ai 258,22, p.f. 266-267°C. 3. Pigmento antociano con estructura de delfinidina de Gentiana acaulis. Gencianosa (Gentianose): trisacárido no reductor compuesto por dos unidades de D-glucosa y una de D-fructosa. p.f. 211°C, [a]™ + 33,4°. Una glucosa y la fructosa están unidas como en la sacarosa; la segunda glucosa está unida por enlace (3-1,6 a la primera. Es un compuesto de almacenamiento presente en las raíces de genciana. 355

Genciobiosa

Genciobiosa (Gentiobiose): disacárido reductor compuesto por dos moléculas de D-glucopiranosa unidas P-1,6. Ai 342,20, forma a , p.f. 86°C [a]¿ 2 + 16° (3 min) A + 8,3° (3,5 h, c = 4); forma |3, p.f. 190-195°C, [a]¿ 2 + 5,9° (6 min) + 9,6° (6 h, c = 3). Difiere de la isomaltosa por tener enlace p-glicosídico en vez de enlace a . En la naturaleza se encuentra sólo en forma ligada, p.ej., en glicósidos como amigdalina y genciopicrina, y como componente éster de la crocina.

H

OH

H

OH

Genciobiosa Genciopicrósido (Gentiopicroside): véase Gencianina 1. Gencisina (Gentisin): véase Gencianina 2. Genes, banco de (Gene bank): véase tecnología del DNA recombinante. Genes, clonación de (Gene cloning): véase tecnología del DNA recombinante. Geneserína (Geneserine): véase Fisostigmina. Genes estructurales (Structural genes): véase Operón. Genes extracromosómicos (Extrachromosomal genes): moléculas de DNA localizadas fuera del núcleo. Las más importantes están en los Plastidios y las Mitocondrias (véanse). Los correspondientes genes extracromosómicos en bacterias son los Plásmidos (véase). Genes, síntesis de (Gene synthesis), síntesis gènica en sistemas acelulares: el término incluye la replicación del genoma de un bacteriáfago en un sistema acelular, conseguida por primera vez por Goulian, Kornberg y Sinsheimer en 1967 con OX-174. Khorana et ai, sintetizaron después el gen del tRNA de alanina, por combinación de métodos químicos y enzimáticos. Primero sintetizaron, por métodos químicos, unas serie de polinucleótidos de 8-12 bases y fosforilaron los grupos hidroxilo libres de los extremos 5' con polinucleótido quinasas. Las secuencias de todos los segmentos incluían las dos hebras de DNA del gen. Además, cada segmento de una hebra incluía cinco bases, al menos, de los extremos de dos segmentos de la otra hebra. Primero se organizó el DNA de doble hebra, segmento a segmento, 356

por hibridación; después se unieron las hebras cortadas con una polinucleótido ligasa. Con un sistema similar, H. Köster et al., describieron la síntesis total del gen estructural del octapéptido angiotensina II (Ai 21.800) en 1978. El gen de la hormona peptídica Somatostatina (véase) se sintetizó en 1977 por métodos químicos; se unió al gen de ß-galactosidasa de E. coli en el plásmido pBR322 y se introdujo en la bacteria. El producto fue un polipéptido quimérico conteniendo la secuencia de aminoácidos de la somastostatina. Sometido a escisión por bromuro de cianògeno in vitro, el polipéptido produjo somatostatina biológicamente activa. Posteriormente se sintetizó de manera análoga la hormona Insulina (véase). Genética molecular (Molecular genetics): componente de la genética y la Biología molecular (véase). La genética clásica define el gen por su expresión fenotípica y su distribución matemática, como unidad hipotética de la herencia. La G.m. identifica los genes como segmentos definidos de DNA, y muestra la base molecular de la relación causal entre gen y su expresión fenotípica. Genina (Genin): véase Aglicona. Genisteina (Genistein): 5,7,4'-trihidroxiisoflavona, véase Isoflavona. Genistina (Genistin): 7-glucósido de genisteína, véase Isoflavona. Genoma (Genome): conjunto de todos los genes cromosómicos de una célula haploide (incluyendo procariotas) o conjunto haploide de cromosomas de una célula eucariota. Genotipo (Genotype): conjunto de los genes de un individuo, tanto dominantes como recesivos. Gen regulador (Regulator gen): véase Operón. Gen separador (Split gene): véase Intrón. Gentamicina (Gentamycin): véase Estreptomicina. Geranial (Geranial): isómero trans del Citral (véase). Geranilo, pirofosfato de (Geranyl pyrophosphate): véase Geraniol. Geraniol (Geraniol) 2,6-dimetilocta-2,6-dien8-ol: el más importante de los alcoholes monoterpénicos doblemente insaturados. Air 154,24, p.f. -15°C, p.e.757 299-230°C, p2() 0,8894,' 1,4766. El doble enlace A2 tiene configuración trans. El nerol es el isómero con el doble enlace 2 en configuración eis. El isómero estructural linaol tiene el grupo OH en C 3 en vez de en C 1. El G. es componente de muchos aceites esenciales y constituye el 60% del aceite de rosas. Tiene

Giberelinas

fragancia de rosas y se utiliza, principalmente como acetato (p.e. 242°C), en la industria perfumera. El éster pirofosfato de G. es un importante intermediario en la síntesis de Terpenos (véase). La unión cabeza-cola de dos moléculas produce pirofosfato de geranilgeranilo, precursor de tetraterpenos.

Geraniol

Nerol

(+)-Linalool

Germacrano (Germacrane): véase Sesquiterpenes, Fig. Germina (Germine): alcaloide de Veratrum tipo ceveratrum C-nor-D-homo. M 509,62, p.f. 221,5-223°C, [a]¿5 + 4,5° (95% etánol), [a]¿6 + 23,1° (c = 1,13 en ácido acético al 10%). Se ha encontrado, en forma éster, en Veratrum album, Veratrum viride y Veratrum nigrum y en Zygadenus venosus. Los componentes ácidos más comunes son acetato, angelato y tiglato. Reducen la presión sanguínea. La base isomérica de Veratrum, veracevina (p.f. 183°C [a] D -33°, alcaloide éster de Veratrum sabadilla, se diferencia de la G. por tener un grupo hidroxilo 12a en vez del hidroxilo 15. La isomerización alcalina de veracevina produce cevina, con un grupo hidroxilo 3a.

Gestágenos (Gestagens), progestinas, gestinas: grupo de hormonas gonadales femeninas, que incluye Progesterona (véase) y otros esteroides naturales y sintéticos con efectos similares a ella (p.ej., Norgestrel y acetato de

Clormadiona [véanse]). Los G. orales se usan para corregir irregularidades del ciclo menstrual, abortos reiterados y como componentes de los inhibidores de la Ovulación (véase). También se usan de manera creciente para regular la reproducción animal. GH: abrev. de hormona del crecimiento. Véase Somatotropina. Gibano (Gibbane): véase Giberelinas. Gibbs, efecto (Gibbs effect): tras una breve asimilación fotosintética de 14 C0 2 por Chlorella, el difosfato de fructosa está marcado simétricamente, como era de esperar según el ciclo de Calvin (véase). Sin embargo, los fosfatos de glucosa y la fracción glucosa del almidón están marcados asimétricamente: el C 4 contiene significativamente más ,4C que el C 4, y los C 1 y 2 contienen más que los C 5 y 6. Este aparentemente anómalo mareaje de la glucosa se conoce como efecto Gibbs [Kandler, O. & Gibbs, M. (1956) Plant. Physiol. 31, 411-412], Indica que las dos mitades de la molécula de glucosa no derivan del mismo conjunto de fosfatos de triosa que el difosfato de fructosa, y que éste no es precursor de los fosfatos de glucosa. La versión revisada del ciclo de los Fosfatos de pentosa (véase) puede explicar el efecto Gibbs. Gibérico, ácido (Gibberic acid): véase Giberelinas. Giberelano (Gibberellane): véase Giberelinas. Giberélico, ácido (Gibberellic acid): véase Giberelinas. Giberelina, glucósidos de (Gibberellin glucosides): véase Giberelinas. Giberelinas (Gibberellins): hormonas vegetales, ampliamente distribuidas, que estimulan el crecimiento. La primera G. descubierta se aisló en 1938 en Gibberella fujikuroi (Fusarium moniliforme), productor de la enfermedad Bakanae del arroz. La primera G. purificada fue G. A^ (ácido giberélico), cristalizada en 1954. Posteriores investigaciones revelaron que las G. son compuestos ubicuos reguladores naturales del crecimiento de plantas. Dado que muchos metabolitos fúngicos actúan como promotores del crecimiento de plantas, no se puede atribuir la producción de G. a otros hongos, basándose sólo en su actividad biológica. La G.A4, sin embargo, se ha identificado inequívocamente (espectrometría de masas) como toxina de las cepas patógenas de Sphaceloma manihoticola [R.S. Ziegleretal., Phytopathology Id (1980) 589-593], 357

Giberelinas

Las 52 giberelinas conocidas contienen el anillo tricíclico gibano. La IUPAC recomienda que la nomenclatura y numeración se basen en el sistema ent-giberelina {Fig. 1). Las G. se denominan G.A, a G.A S2 , por orden de su descubrimiento. Hay dos grupos principales: G. de 20C(ent-giberelanos)y de 19C (ent-20-norgiberelanos). Otras diferencias radican en la presencia o ausencia de grupos hidroxilo en las posiciones 1,2, 3, 11, 12 y 13. Con frecuencia, la sustancia presente en una determinada muestra vegetal sólo se puede caracterizar por combinación de cromatografía de gases y espectroscopia de masas de los ésteres metilo o éteres trimetilsililo. La G. más importante, G. A 3 , se prepara comercial-

20 Me

H

2^|¡0

9112]

Me

Me

Me

19

18

7

v

Me

Gibano

enf-Giberelano

mente a partir de filtrados de cultivos de G. fujikuroi. Algunos de los productos conocidos de la degradación de G.A 3 son ácido giberelénico, ácido alogibérico, ácido gibérico y giberelina C. Además de G. libres, se han aislado en plantas glicósidos de G. solubles en agua y ésteres de glucosa y giberelina; probablemente son formas de transporte y almacenamiento de giberelina libre biológicamente activa. La actividad de las G. en distintos bioanálisis varía a m p l i a m e n t e . A l g u n a s p a r e c e n no ser fisiológicamente importantes, mientras que otras p u e d e n ser i n t e r m e d i a r i o s de la s í n t e s i s o degradación de hormonas activas. El efecto más i m p o r t a n t e de las G. es e s t i m u l a c i ó n del crecimiento y la división celular. En los análisis de G. se utilizan mutantes enanos de guisantes y de maíz que tienen la síntesis de G. bloqueada genéticamente; sensibilidad, 1 ng (test del maíz o del guisante enano). Los tests de hipocotilo de l e c h u g a y p e p i n o se b a s a n t a m b i é n en la estimulación del crecimiento de los brotes por acción de G. Además, las G. inhiben el crecimiento de la raíz e influyen en la quiescencia de la semilla y la germinación. En tomates, vides y pepinos, la

Figura 1.

Pirofosfato de geranilgeranilo

enf-Caurenol (-)-Caur-16-en-19-ol

i

CH,

Me

COOH

COOH Aldehido de GA,

Ácido enf-7a-hidroxicaurenoico

Ácido enf-caurenoico, Ácido (-)-Caur-16-en -19-oico

ent-Caurenal, (-)-Caur-16-en-19-al -OH

Me

A Figura 2. Biosíntesis de giberelinas. 358

/

GA¿ \

Ácido giberélico Giberelina A,, GA,

Glándula suprarrenal

G. induce partenocarpia. La aceleración de la germinación por G. es el fundamento del test de germinación de semillas, usado en la agricultura comercial para obtener una germinación rápida y uniforme de la cebada, estimular la formación de capullos y el crecimiento de frutos. Se ha demostrado que la G.A3 activa genes en cebada a la que se le ha extraído el embrión, lo que sugiere que el embrión libera G. en la capa de aleurona, donde activa genes de enzimas hidrolíticas, especialmente oc-amilasa. Otro test para G., el test de la a-amilasa, se basa en esta proniedad. Unas pocas G. producidas por síntesis parcial, p.ej., 3-desoxigiberelina C y pseudogiberelina A,, actúan como antigiberelinas (véase antagonistas de Giberelinas). Biosíntesis: Las G. son diterpenos sintetizados a partir de pirofosfato de geranilgeranilo (Fig. 2). El compuesto fundamental, intermediario en la biosíntesis de todas las G„ es el aldehido de G.A|2. Después, el proceso biosintético diverge considerablemente. [A. Lang, Ann. Rev. Plant Physiol. 21 (1970) 537-570: revisión completa y referencia para todos los trabajos hasta 1970; J.E. Graebe & H.J. Ropers en Phytohormones and Related Compounds - A Comprehensive Treatise Vol. 1 (D.S. Letham, P.B. Goodwin & T.J.V. Higgins, eds.) (North Holland, 1978) pp. 107-204: general; P. Hedden etai, Ann. Rev. Plant Physiol. 29 (1978) 149-192: biosíntesis]. Giberelinas, antagonistas de (Gibberellin antagonists): inhibidores de los efectos de las giberelinas en plantas. Sus efectos se pueden contrarrestar, al menos parcialmente, por giberelinas. El término se usa independientemente del mecanismo de inhibición. Los inhibidores competitivos de giberelinas, que se unen a los mismos centros activos que las hormonas, se denominan antigiberelinas. Los A.g. incluyen la fitohormona ácido Abscísico (véase) y diversos retardantes del crecimiento, como cloruro de Clorocolina, Morfactinas, AMO 1618, EL-531, y Succínico mono-N-metilhidrazida (véanse). Diversos productos naturales, p.ej., los taninos, también actúan como A.g. Giberelínico, ácido (Gibberellinic acid): véase Giberelinas. Gibereno (Gibberene): véase Giberelinas. Girasa (Gyrase): topoisomerasa tipo II. Véase Topoisomerasas. Gitogenina (Gitogenin): véase Gitonina. Gitonina (Gitonin): saponina esteroide (véase Saponinas). Ai 1051,21, p.f. 272°C, [a] D -51°C

(piridina). La aglicona es gitogenina, (25 R)espirostano-2a,3P-diol,AÍ 432,62, p.f. 272-275°C (d.), [a] -70° (c = 1,02 en CHC1,); la cadena de azúcar consta de 2 unidades de galactosa, 1 de glucosa y 1 de xilosa. La gitogenina difiere de la Digitogenina (véase) por carecer de grupo hidroxilo 15$. Se ha aislado G. en Digitalis purpurea y Digitalis germanicum. La gitogenina libre se ha aislado también de especies de ágave y yuca. Gitoxigenina (Gitoxigenin): véase glicósidos de Digitalis. Gitoxina (Gitoxin): véase glicósidos de Digitalis. Gla: abrev. de ácido L-4-carboxiglutámico. Glabreno (Glabrene): véase Isoflav-3-eno. Glándula pineal (Pineal gland), cuerpo pineal, epífisis, Corpus pineale: órgano impar, cónico, pequeño, del cerebro de mamíferos, situado sobre el techo del tercer ventrículo, entre los hemisferios cerebrales. Filogenéticamente, la G.p. es un ojo parietal vestigial, órgano sensible a la luz de los reptiles. Produce la hormona Melatonina (véase). Glándula pituitaria (Pituitary gland): véase Hipófisis. Glándulas paratiroides (Parathyroid glands), glándula paratiroidea, cuerpo de Sandstroem: órganos endocrinos que proceden del recubrimiento endodérmico de la tercera y cuarta bolsas faríngeas del embrión. Están presentes en todos los vertebrados excluyendo los peces. Generalmente hay cuatro G.p., pero su localización y número varía considerablemente. A veces se encuentra tejido paratiroideo en el mediastino. En el hombre, las G.p. son cuerpos pequeños, ovales, de unos 5 mm de largo y 4 mm de ancho, englobados en la superficie posterior de los lóbulos de la glándula tiroidea (2 en los lóbulos superiores y 2 en los inferiores). En los no mamíferos, las G.p. no están englobados en la tiroides, y aunque suelen estar asociadas físicamente a ella, no hay relación funcional entre las dos glándulas. Las G.p. segregan parathormona, que eleva la concentración del calcio en la sangre y causa resorción del calcio óseo. Glándula suprarrenal (Adrenal gland), glándulas suprarrenales, Glandula suprarenalis: glándula endocrina de los vertebrados, altamente vascularizada, que pesa unos 15 g en el hombre 359

Gliadina

adulto. Hay dos G.s., una encima de cada riñon. Constan de dos partes distintas embriológica y funcionalmente: la corteza, mesodérmica (CS), y la médula, ectodérmica (MS). La CS, que contiene tres zonas histológicamente distintas, produce y exporta glucocorticoides (véase Cortisol) y mineralocorticoides (véase Aldosterona) en respuesta a la acción de las hormonas de la pituitaria, corticotropina y renina/angiotensina II, respectivamente; también produce esteroides sexuales (véase Andrógenos). La MS (Paraganglion suprarenale) es el mayor (pero no el único) de los ganglios del sistema nervioso simpático; produce las hormonas Adrenalina y Noradrenalina (véanse) y constituye un ejemplo modélico de la estrecha asociación entre el sistema nervioso simpático y el sistema endocrino. Las células secretoras están ricamente inervadas por fibras nerviosas simpáticas, colinérgicas, preganglionares. No se ha demostrado la inervación de la CS. Gliadina (Gliadin): véase Prolaminas.

(6aS, 11 aS)-3,6a,9-Trihidroxipterocarpano véase texto

360

4-Dimet¡l¡l-3,6a,9-trihidroxipterocarpano

2-Dimetilalil-3,6a,9tríhidroxipterocarpano

Gliceolina I

Gliceolina II

Gliceolina III

Pterocarpanos de Glycine max L.

Gliceolinas (Glyceollins): cuatro fitoalexinas producidas por Glycine max L. en respuesta a la infección por Phytophthora megasperma var. sojae, o al tratamiento de los cotiledones de soja o los cultivos celulares con Elicitores (véase); tras el tratamiento, una fracción particulada de los cotiledones o los cultivos celulares contiene actividad dimetilalilo transferasa, que cataliza la síntesis de 4- y 2-dimetilalil-3,6a,9-trihidroxipterocarpano a partir de (6aS,llaS)-3,6a, 9 - t r i h i d r o x i p t e r o c a r p a n o y p i r o f o s f a t o de dimetilalilo. Estas observaciones sugieren una relación biogenètica entre estos pterocarpanos (también presentes en G. max) y el pterocarpano G (Fig.). Los microsomas de suspensiones celulares de Glycine tratadas con elicitores catalizan la hidroxilación 6a del 3,9-dihidroxipterocarpano a 3,6a,9-trihidroxipterocarpano. La reacción es dependiente de NADPH y O r [U. Zahringer et ai, Z. Naturforsch. 36C (1981) 234241; M.L. Hagmann et al., Eur. J. Biochem. 142 (1984) 127-131],

Gliceolina IV

Glícidos

Gliceraldehído, 3-fosfato de (Glyceraldehyde 3-phosphate): véase fosfatos de Triosa. Glicerato, 2,3-difosfato de (Glycerate 2,3-bisphosphate), 2,3-difosfoglicerato, 2,3-bifosfoglicerato: véanse Glicólisis, Hemoglobina, lanzadera de Rapoport-Luerbing. Glicerato, ruta del (Glycerate pathway): ruta anaplerótica para la utilización de glioxilato en plantas y microorganismos. Dos moléculas de glioxilato se convierten en tartronato semialdehído por la tartronato semialdehído sintasa (EC 4.1.1.47), el cual se reduce a D-glicerato y se fosforila por la glicerato quinasa (EC 2.7.1.31) a 3-fosfoglicerato. Éste se convierte, por acción de fosfogliceromutasa (EC 2.7.5.3) y enolasa (EC 4.2.1.11) en fosfoeno/piruvato, que se incorpora al metabolismo general. Balance: 2 glioxilato + ATP + NAD(P)H + H+ fosfoeno/piruvato + ADP + C0 2 + NAD(P). Glicérico, ácido (Glyceric acid): HOCH 2 CHOH-COOH, hidroxiácido metabòlicamente importante, especialmente en su forma fosforilada. El glicerato se forma a partir de glioxilato en la ruta del Glicerato (véase) o a partir de serina vía hidroxipiruvato. Los 1-, 2- y 3-fosfatos de A.g. y el 1,3-difosfoglicerato son importantes intermediarios en la fermentación alcohólica, la glicólisis y la fotosíntesis. La formación de ácido 3-fosfo-D-glicérico a partir de 3-fosfato de gliceraldehído está unida a la formación de ATP. Glicéridos (Glycerides), acilgliceroles: ésteres de ácidos grasos con glicerol. Los mono- y diacilglicéridos sólo se encuentran normalmente como intermediarios metabólicos. Las grasas son mezclas de Triglicéridos (véase). Hay que destacar que la Comisión de Nomenclatura Bioquímica de la IUPAC - IUB aconseja el uso de los términos «mono»- «di»- y «triacilgliceroles» en vez de mono-, di- y triacilglicéridos. En sentido estricto, un glicérido es cualquier éster de glicerol; los ésteres de ácido fosfórico son particularmente importantes como intermediarios metabólicos. Glicerol (Glyceroi), propan-l,2,3-triol: CH2OH-CHOH-CH2OH, fluido siruposo de sabor dulce, p.e. 290°C (d). Normalmente se encuentra en la naturaleza en forma éster (véase Glicéridos), en grasas, aceites grasos y Fosfolípidos (véase). Alrededor del 3% del G. se forma como subproducto en la fermentación alcohólica, por reducción del fosfato de dihidroxiacetona o 3-fosfato de gliceraldehído y posterior hidrólisis del grupo fosfato. Se produce técnicamente por adición de

hidrógeno sulfito sódico (como aceptor natural de hidrógeno) a una fermentación alcohólica, provocando la reducción del fosfato de dihidroxiacetona (segunda forma de la fermentación de Neuberg). Glicerol, fermentación del (Glycerol fermentation): véase fermentación de Neuberg. Glícidos (Carbohydrates): amplia clase de sustancias naturales, estructuralmente los compuestos polihidroxicarbonilo y sus derivados, de composición general (C)n(H20)n. Originalmente se caracterizaron como formas hidratadas de carbono, y K. Schmidt los denominó carbohidratos en 1844. Este nombre se ha seguido utilizando, aunque es impreciso desde un punto de vista químico, y ahora se incluyen en los G. compuestos que tienen otra composición elemental, p.ej., ácidos aldónicos, ácidos uránicos y desoxiazúcares, o que contienen elementos adicionales, p.ej., aminoazúcares, mucopolisacáridos. Los mono- y oligosacáridos se denominan también azúcares. Los G. individuales tienen nombres comunes o nombres sistemáticos derivados de ellos, que acaban en -osa, p.ej. glucosa, fructosa. La Comisión de la IUPAC sobre Nomenclatura de Química Orgánica y la Comisión de la IUPAC-IUB sobre Nomenclatura Bioquímica publicó reglas provisionales para la nomenclatura de glícidos en 1969. Los G. están presentes en todas las células vegetales y animales y constituyen la mayor parte, en términos de masa, de los compuestos orgánicos presentes en la Tierra. Se forman en las plantas durante los procesos de asimilación. Junto a lípidos y proteínas, son los nutrientes orgánicos del hombre y los animales. Los G. se subdividen por su tamaño molecular. 1. Los monosacáridos (G. simples) no se pueden hidrolizar en G. más simples. Se pueden considerar como los productos de la oxidación primaria de polialcoholes alifáticos, generalmente de cadenas carbonadas sin ramifican Si se oxida el grupo alcohol primario terminal, el resultante polihidroxi-aldehído se denomina aldosa (Fig. 1). La oxidación de un hidroxilo secundario, generalmente el C 2, produce una polihidroxicetona, o cetosa. a) Estructura. Casi todos los monosacáridos naturales tienen cadenas carbonadas no ramificadas; son excepciones hamameiosa, apiosa, estreptosa, etc. La configuración se indica por el prefijo D o L (Fig. 2), lo cual no tiene que nada ver con la 361

Glícidos

rotación óptica, indicada por (+) o ( - ) según Wohl y F r e u d e n b e r g , p.ej. (+)-D-gIucosa. Según Rosanow, Wohl y Freudenberg, un D-azúcar deriva del compuesto de referencia D-gliceraldehído, que se eligió arbitrariamente. En este sistema, el átomo de carbono asimétrico más alejado del grupo carbonilo tiene su grupo hidroxilo a la derecha en la proyección de Fischer; en un L-azúcar, el c o r r e s p o n d i e n t e g r u p o h i d r o x i l o está a la izquierda. En general, cada átomo de carbono del G. lleva una f u n c i ó n hidroxilo o un grupo funcional derivado. El cambio del grupo hidroxilo por un hidrógeno produce un desoxiazúcar; el cambio por un grupo amino, un aminoazúcar. Los G. poseen de manera característica diversos centros asimétricos, y el número de las formas estereoisoméricas de un monosacárido se obtiene por la fórmula 2", en la que n es el número de átomos de carbono asimétricos. En la proyección de Fischer de los G. (Fig. 3a), las fórmulas se escriben verticalmente, como cadenas, con el grupo aldehido arriba y el grupo hidroximetilo abajo. Esta representación es fácil de comprender, pero no indica la estructura espacial del monosacárido. Además, la forma de

.

T .


1

CH,0-

Glicoaldehído Fosfoglicoactlvo lato CLOROPLASTO

1

I

02 COO"

»I

—

CHjOH

ch2oh

L-Serlna

1/202+H;0

Fosfatos de pentosa (Transcetolación)

COO"I „ I

HCNH,—

;

: C=0 — cIh 2 o h

D-Glicerato

CH 2 OH

I I

TA

t

H2O2

COO"

COO"

'cH,0HOxidasá¿H0

Glicolato

t I

M

—

CH2NH2

Glicina

COO' CHO

Glioxilato

PEROXISOMA

IMITOCONDRIA

Figura 1. Ciclo del ácido glicólico. TA Transaminación.

Glicina

Interconversión Glicina-Serina Serina hidroximetiltransferasa (EC 2.1.2.1)

L-Serina

co¡ Glioxilato Unidades monocarbonadas activas A t L_ CH3—N H 2 -SarcosinaEtanolamina Figura 2. Ciclo del aminoetanol (etanolamina).

incluyendo el hemo. La molécula de Gly intacta se incorpora a las posiciones 4, 5 y 7 del anillo de purina y también proporciona los átomos de carbono para las posiciones 2 y 8 como unidades de un carbono (véase biosíntesis de Purinas). Por metilación de Gly se forman sarcosina y glicina betaína. La glicociamina, precursora de creatina y creatinina, se sintetiza por Transamidinación (véase) con L-arginina. La Gly es también componente del glutatión. Braconnot la aisló por primera vez en la gelatina, en 1819. Glicina-alantoína, ciclo de la (Glycine allantoin cycle), ciclo de la purina: serie de reacciones que conducen a la síntesis de urea (Fig.) en los peces pulmonados (Dipnoi) y en ciertas plantas que acumulan urea. El glioxilato y la urea producidos en la degradación de purina se reasimilan a diferente velocidad. El glioxilato se convierte en glicina, que se puede reutilizar para la síntesis de purina, cerrando así el ciclo. Según Krebs y Henseleit, este ciclo es particularmente importante para la formación de urea en los peces pulmonados (p.ej., Protopterus dolloi y 366

Acido ureidoglicólico

Ciclo de la glicina-alantoína

Protopterus aethiopicus), que pueden acumular 0,5-1% de su peso seco en urea durante la estivación. Glicinamida, ribonucleótido de (Glycinamide ribonucleotide), abrev. Gar: intermediario de la biosíntesis de Purinas (véase). Glicina, sistema de escisión de la (Glycine cleavage system): sistema enzimàtico responsable de la mayor proporción del metabolismo de glicina en el hígado de los vertebrados. Se compone de 4 proteínas: 1. Proteína-P, que contiene fosfato de piridoxal. 2. Proteína-H, que actúa como transportador y contiene ácido lipoico. 3. Proteína-L (lipoamida deshidrogenasa) y 4. Proteína-T, una transferasa tetrahidrofolato-dependiente. Se producen las siguientes reacciones:

Glicolípidos

Glicina + Proteína-H-Lipoato;

;> Proteína-P > Proteína-H-Lipoato

+co; S—CH2 N H 2

Tetrahidrofolato Proteína-T N5',0-nnet¡leno-tetrahidrofolato + NH, _ Proteína-H-Lipoato,N

SH

Resumen: Glicina + THF + NAD+ = Ns-,()-metileno-THF + NH, + C0 2 + NADH + H\ [K. Fujiwara et al. J. Biol. Chem. 259 (1984) 10664-10668],

Glicina-succinato, ciclo de la (Glycinesuccinate cycle): véase ciclo del Succinatoglicina. Glicinina (Glycinin): principal componente proteico de la soja. Se almacena en partículas subcelulares, «cuerpos proteicos». El dímero (Mr 350.000) se compone de 12 subunidades (Ai 28.500), de las cuales 6 son ácidas (PI 3,0-3,4) y 6 básicas (PI 8,0-8,5). La G. está estructuralmente relacionada con la proteína Araquina (véase). Glicirrético, ácido (Glycyrrhetic acid), glicirretina: triterpeno pentacíclico con grupos cetona y ácido carboxílico. M. 470,7, p.f. 300°C [cc]D + 98° (cloroformo). Es la aglicona del ácido glicirrícico, compuesto muy dulce de la raíz del regaliz, Glycyrrhiza glabra L. Es también la aglicona de las Saponinas (véase) de otras plantas, p.ej., corteza de Pradosia latescens y rizomas del helecho Polypodium vulgare. Se diferencia estructuralmente de la (3-amirina por tener un grupo 11-ceto y un grupo 30-carboxílico (véase Amirina, Fig.). Glicoalcaloides (Glycoalkaloids): véase Alcaloides esteroides: Saponinas. Glicolaldehído activo (Active glycolaldehyde): véase pirofosfato de Tiamina. Glicocólicos, ácidos (Glycocholic acids): véase ácidos Biliares. Glicoforinas (Glycophorins): grupo de sialoglicopéptidos presentes en los eritrocitos humanos. El principal es la G.A, que constituye aproximadamente el 75% del total. La G.A es un polipéptido simple de 131 aminoácidos y transporta glícidos que representan alrededor del 60% de su M r. Los 70 aminoácidos N-terminales sobresalen al exterior de la bicapa lipídica (véase Biomembranas), y 16 de ellos están unidos a glícidos. Hay ligeras diferencias en los 8 ami-

noácidos del extremo /V-terminal; los individuos del grupo sanguíneo M tienen una serina aminoterminal y glicina en posición 5, mientras que los individuos del grupo N tienen leucina y ácido glutámico, respectivamente, en dichas posiciones. Los patrones de glicoxilación de la G.A son responsables de otras variaciones del grupo sanguíneo MN y del sistema Ss. Glicólico, ácido (Glycolic acid), ácido hidroxiacético: HOCH2-COOH, ácido hidroxicarboxílico presente en los tejidos de plantas jóvenes y en frutas verdes, como grosellas, uvas y manzanas. M 76,05, p.f. 80°C. El glicolato es un intermediario en la fotosíntesis: su precursor es el glicolaldehído activo, que se forma en reacciones de Transcetolación (véase). La glicolato oxidasa (EC 1.1.3.1) oxida el A.g. a ácido glioxílico, el cual se puede convertir en Glicina (véase) o reducirse a ácido glicólico. Glicólico, ciclo del ácido (Glycolic acid cycle): véase Glicina. Glicolípidos (Glycolipids): compuestos en los que uno o más residuos monosacáridos están unidos glicosídicamente a una fracción lipídica, un mono- o diacilglicerol, una base de cadena larga (esfingoide) como esfingosina, o una ceramida. (Una ceramida consta de un ácido graso unido por enlace amida al grupo amino de la esfingosina). El término G. se aplica comúnmente a los derivados de esfingosina que no contienen fósforo. Los cerebrósidos (Fig.) constan de esfingosina que transporta una amida o hidroxiamida grasa y un monosacárido, glucosa o galactosa, en su grupo alcohol. Son cerebrósidos obtenidos en forma pura: querasina que contiene ácido lignocérico; frenosina que contiene ácido cerebrónico (ácido 2-hidroxilignocérico); nervona que contiene ácido nervónico; e hidroxinervona 367

Glicolípidos Eslingosina CH

— (CH2)12—CH=CH—CHOH D-Galactosa I CHjOH R—CO—NH-CH O4OH CH,—HQ i h>|—f h HO H

R = C 24 alquilo o a-hidroxialquilo

Cerebrósidos que contiene ácido 2-hidroxinervónico. Los cerebrósidos constituyen el 11 % del peso seco del

cerebro y se encuentran en pequeñas cantidades en hígado, timo, riñón, glándulas suprarrenales, pulmones y yema de huevo. Los sulfátidos son cerebrósidos en los que el C 6 del azúcar está esterificado con un residuo de sulfato; se encuentran en el cerebro. Los glicoesfingolípidos son derivados más complejos de ceramida que contienen más de una unidad sacárida en el grupo alcohol primario de la esfingosina. La unidad oligosacárida puede ser una cadena ramificada. Generalmente se compone de alguna combinación de galactosa, glucosa, fucosa, N-acetilglucosamina y /V-acetilgalactosamina. Si

CHj— CHOH—C00~

| Glucógeno |

Lactato

(Glucosa) n Glucógeno fosforilasa

a-Glucano fosforilasa

InadI •s

L— P, r-»(Glucosa)n1

1 -Fosfato de D-glucosa

ch3-co—coo

A T P - \ FosfoglucoADP^\u'naSa " 1,6-D¡fosfato ' de glucosa

Fosfoglucomutasa

quinasa OH oh h 6-Fosfato de D-glucosa Fosfato de glucosa isomerasa J(

OH

oh

Fosfoeno£iruvato

H;0 ^JI^Enolasa HOCH2—CHO®-COO"

2,3-Difosfo- • glicerato ""

3-Fosfoglicerato > Fosfo[atp] Mg2* glicerato quinasa ADP

fATPl — z

Mg

ADP H H OH I ®OCH¡ - c - cI Ic—C0-CH20( I I I OH OH H

®OCH2—CHOH—COO —® 1,3-Difosfoglicerato

1,6-Difosfato de fructosa Difosfato de fructosa aldolasa

V

^

hoch2-co—ch2o(

®OCH2—c—CHO OH

Fosfato de triosa isomerasa | 3-Fosfato de gliceraldehído | Fosfato de dihidroxiacetona Fosfato de triosa deshidrogenasa

1nad*-| [nadh»h*| Figura 1. Glicólisis, degradación de glucógeno a lactato. 368

FosfogliceroI mulasa

®och2- CHOH—COO"

6-Fosfato de D-fructósa

Jl

Piruvato

quinasa ADP CH2=C(0®)-C00

2-fosfoglicerato

H H OH .—. I I I ®och2—C—C—C—co— CH2OH OH OH H

Fosfofructoquinasa

Piruvato

Mg2'

H H OH H [ATP] ADP H H OH H l i l i ^ ^ . I I I HOCH,-C —C—C —C CHO N y ®OCH2—C —C—C—C—CHO I Hexol i l i OH OH H D-Glucosa

Lactato deshidro-

Inadh+H*!^ ,genasa

Glicólisis

que se hidroliza a 1-fosfato de glucosa o monómeros de glucosa. La G. se divide en cuatro fases: 1. Formación de dos moléculas de fosfato de triosa (3-fosfato de gliceraldehído y fosfato de dihidroxiacetona) a partir de una molécula de hexosa. En esta etapa se consumen dos moléculas de ATP. 2. Deshidrogenación de los fosfatos de triosa a 2-fosfoglicerato; el NAD + se reduce a NADH en el proceso. Se genera una molécula de ATP por fosfato de triosa, que compensa el ATP invertido en la etapa 1. (Fig. 2). 3. Conversión del 2-fosfoglicerato en Piruvato (véase) vía fosfoewo/piruvato. Se genera otro ATP por cada molécula de piruvato. 4. Reducción del piruvato para regenerar N A D \ En el músculo, el piruvato se convierte en lactato, y en levaduras, en etanol por descarboxilación reductora (véase Fermentación alcohólica). En condiciones aerobias, el NADH se oxida finalmente en la cadena respiratoria (véase metabolismo del Hidrógeno), y el piruvato se oxida

la cadena contiene ácido siálico (ácido N-acetil- o A'-glicolilneuramínico), el lípido es un gangliósido (sialoglicoesfingolípido) (véase Esfingolipidosis en Errores congénitos del metabolismo). Los gangliósidos son especialmente abundantes en la sustancia gris del cerebro y en el timo, y también se encuentran en eritrocitos, leucocitos, suero, ríñones, glándulas suprarrenales y otros órganos. Son los componentes lipídicos característicos de algunas membranas neuronales del sistema nervioso central y están probablemente implicados en la transmisión de impulsos a lo largo de las neuronas. Glicólisis (Glycolysis), ruta de EmbdenMeyerhorf-Parnas: principal proceso de la degradación anaeróbica de glícidos en todos los grupos de organismos (Fig. 1, Tabla). Por cada mol de glucosa consumido, se liberan 150,7 kJ (36 kcal), con un rendimiento neto de 2 moles de ATP. El producto inicial es glucógeno o almidón, HS-Enzima,-NAD*

H

Y H —C —OH

H.

Í

Formación de la holoenzima HS-Enzima,-NAD*

.OH c — s - Enzima, - N A D +

I

H —C—OH H

H;C 0 (i 3-Fosfatode gliceraldehído

2

-C-O-®

0 II

Enzima 2

.

c

C ~ s - Enzima,,-NADH;

¿4-

H — C — OH

H —C — 0 - ®

I

^

H,C— 0—(P)

H;C-0-(P) 2,3-Difosfato de glicerato

+

NAD N

Regeneración de Fnz¡ma,-NAD*

NADH+HV 0

HS-Enz.,-NAD+

°

S - Enzima, -NAD

+

OH

Enzima, = Fosfato de triosa deshidrogenasa Enzima 2 = Fosfogliceromutasa

Figura 2. Mecanismo de las reacciones 8 a 10 de la glicólisis (véase tabla). 369

Glicólisis Animales

3-Fosfato de gliceraldehido

NAO* - ]

3-Fosfoglicerato '

v

Levaduras

j Lactato

NADH + H

Piruvato

/ Etanol

Aceta ideh ido 1

Reducción

Oxidación

Figura 3. Ciclo de óxido-reducción

de la glicólisis.

Tabla. Reacciones de la glicólisis

N°

Ecuación química

Enzima

1

Almidón o glucógeno + n P —> n 1-fosfato de glucosa '

Fosforilasa (EC 2.4.1.1)

2

Glucosa- j . p s ^ W ^ Glucosa 6-P

Fosfoglucomutasa (EC 2.7.5.1.)

3 4

Glucosa + A T P — ^ Glucosa-6-P + ADP Glucosa-6-P Fructosa-6-P

5

Fructosa-6-P + ATP

Inhibidores

G'" (Energía libre) kJ/mol (kcal/mol) + 3,06 (+0,73)

Fluoruro, Fosfatos orgánicos

-7,29 (-1,74)

Mg

Mg

"' K * ,

(AMP.ADP)

Fructosa-1,6-P 2

Hexoquinasa (EC 2.7.1.1 ) Fosfato de glucosa isomerasa (EC 5.3.1.9)

2-Desoxiglucosa-6-P

6-Fosfofructoquinasa (EC 2.7.1.11)

ATP, citrato

-14,2 (-3,40)

Agentes quelantes (sólo con enzimas microbianas)

+24,0 (+5,73)

6

Fructosa-1,6-P 2 Tit Dihidroxiacetona-P + Gliceraldehído-3-P

Difosfato de fructosa aldolasa (EC 4.1.2.13)

7

Dihidroxiacetona-P Gliceraldehído-3-P

Fosfato de triosa isomerasa (EC 5.3.1.1)

8

Gliceraldehído-3-P + P. + NAD* l,3-P 2 -gIicerato + NADH + H+

Fosfato de gliceraldehido deshidrogenasa (EC 1.2.1.12)

9

l,3-P 2 -Glicerato + ADP + H+

Fosfoglicerato quinasa

3-P-glicerato + ATP

-16,77 (-4,0) + 1,68 (+ 0,4)

+77,6 (+1,83) Treosa-2,4-P 2

+6,28 (+1,50) -18,86

(EC 2.7.2.3)

(-4,5)

10

3-P-glicerato 2.3-P;-glicera n

I G a l N A c - 2 1 O - S e r (Thr) sialilo transferasa galactosilo

f

GalNAc—O-Ser

IJ

UDP-galactosa

transferasa

NeuNAc C M P - á c i d o N-acet¡l-Quip neuramfnico A ^ >17 Gol@i^GalNAc—O-Ser

S^UDP ' Iff G a l 1 Í 1 Ü G a l N A c - 2 1 0 - S e r

I &

sialilo transferasa

la 2

/ - UDP-N-aeetilglucosamina

N-acetilglucosaminilo transferasa

S

NeuNAc

^UDP

Y GalSl^GalNAc-íílo-Ser

SU 21 G á l B l ^ G a l N A c — O - S e r

y

GlcNAc fucosilo transferasa

HE

I2

t

lal

Fue

6

t

P1

GlcNAc

Fue

N-acetilgalactosaminil UDP-N-acetilgalactosamina

*UDP IX

It Ia1

t |a2 NeuNAc

transferasa f

G a l - f l i S G a l N A c - S i O-Ser

Gal^l^GalNAc—O-Ser

GalNAcSlí3GallíhÜGalNAcSl0.Ser

I2 t Ia1

Fue

N-acetilgalactosaminil transferasa


succinato + 2 CoA + NADH + H+. Los intermediarios del C.g. son productos iniciales de varias rutas sintéticas. El succinato es especialmente importante como precursor de la gluconeogénesis. Los brotes de plantas realizan el C.g. para utilizar sus reservas de grasa, y los microorganismos para crecer con ácidos grasos o acetato como única fuente de carbono. Los mamíferos carecen de isocitrato liasa y malato sintasa, y por tanto, de C.g.

R, H R2 — c - c — COOH H «NH2

HSCOAJ\^H2O

H 2 0 ' / l Fumarato

Malato sintasa

K

X , / Succinato Glioxilato Acetil-coenzimaA

Glioxílico, ácido (Glyoxylic acid), ácido cetoacético, ácido glioxálico: CHO-COOH, ácido carboxílico presente en frutas verdes, brotes y hojas jóvenes. En algunas plantas (arce, borraja, castaño de Indias) está en forma de alantoína y ácido alantoico que se f o r m a n durante el catabolismo de las purinas. El A.g. se sintetiza por transaminación o desaminación oxidativa de glicina o sarcosina. Su descarboxilación produce formiato activo. El A.g. es el punto inicial del ciclo del Glioxilato (véase). Globósido (Globoside): véase Errores congénitos del metabolismo. (Fig. Catabolismo de glicoesfingolípidos y esfingomielina). Globulina antilinfocítica (Antilymphocyte globulin): véase suero Antilinfocítico. y-Globulina eritrofflica (Erythrophilic yglobulin): predominantemente IgG y una pequeña cantiflad de IgM (véase Inmunoglobulinas), que cubre la superficie de la membrana del eritrocito y es necesaria para su integridad y supervivencia. El plasma contiene aproximadamente 3.000 mg

R R2— C — CN* O-azúcar

Aminoácido

Glicósido cianogénico

R,

r2

Azúcar

L-Valina L-Isolcucina L-Fenilalanina L-Fenilalanina L-Tirosina

Linamarina Lotaustralina Prunasina Amigdalina Durrina

-CH 3 -CH2CH3 -C6H5 -C6H5 -C„H4OH

-CH 3 -CH 3 -H -H -H

Glucosa Glucosa Glucosa Genciobiosa Glucosa

376

Glucógeno, enfermedad por almacenamiento de

de y-G.e. por litro, y en 1 litro de suspensión de eritrocitos hay 250 mg de y-G.e. unida. Tras esplenectomía, su producción disminuye de manera notable y la vida media del eritrocito se disminuye hasta un 50%, pero 4-8 meses después, el nivel de y-G.e. vuelve gradualmente a la normalidad, igual que la vida media del eritrocito. y-Globulina leucofílica (Leukophilic yglobulin): predominantemente yG-globulina y en menor cantidad yA- y yM-globulina, que recubren la superficie de la membrana de los leucocitos. Véase Tuftsina. Globulinas (Globulins): grupo de proteínas simples insolubles en agua pura pero solubles en disoluciones salinas diluidas (efecto de disolución por salado). Se encuentran en todas las células animales y vegetales y en los fluidos corporales, incluyendo el suero y la leche. El grupo incluye muchas enzimas y la mayoría de las glicoproteínas. Las G. precipitan con sulfato amónico: el fibrinógeno a 20-25%, las euglobulinas al 33% y las pseudoglobulinas al 50%. Las más conocidas son las G. séricas, que se separan porelectroforesis en a , , a 2 , p,, p 2 y y-G (véase Proteínas plasmáticas). Glomerina (Glomerine): alcaloide quinazolínico de la secreción defensiva del insecto Glomeris margínala, p.f. 204°C, uno de los pocos alcaloides animales. La secreción es exudada por 8 poros dispuestos en hilera a lo largo de los 1,5 cm del animal. Contiene unos 50|ig de G. y otro alcaloide, homoglomerina (p.f. 149°C).

I

Glomerina: R = C2H5 Homoglomerina: R = CH3

CH 3

l,6)-transglucosidasa, enzima ramificante de glucógeno (EC 2.4.1.18). El g l u c ó g e n o tiene cadenas internas y externas largas, con muy pocos puntos de ramificación, y precipita fácilmente en los tejidos. Cirrosis hepática. Fatal en la primera infancia. Fosforilasa de músculo (EC 2.4.1.1). Glucógeno de estructura normal, que se acumula sólo en el músculo. El ejercicio provoca calambres musculares; la mioglobina del músculo dañado puede aparecer en la orina. Los pacientes son asintomáticos si evitan el ejercicio violento. Prognosis favorable.

E.a.g. Cori tipo IV (Enfermedad de Andersen, Amilopeptinosis)

E.a.g. Cori tipo V (Enfermedad de McArdle)

378

Enfermedades por almacenamiento

de glucógeno:

Enzima deficiente y estado clínico

Tipo E.a.g. Cori tipo VI (Enfermedad de Hers)

Fosforilasa de hígado (EC 2.4.1.1). Glucógeno con estructura normal. Gran aumento del tamaño del hígado. Hipoglucemia moderada y acidosis láctica. Prognosis favorable.

VII (no clasificada por Cori)

6-Fosfofructoquinasa (isoenzima del m ú s c u l o ) (EC 2.7.1.11). Glucógeno con estructura normal, que se acumula en el músculo. Debilidad muscular y rigidez anormal después de ejercicio prolongado o vigoroso. También se acumulan 6-fosfato de fructosa y 6 - f o s f a t o de glucosa. Se pierde la mitad de la actividad de la enzima en los eritrocitos (el 50% restante es una isoenzima diferente). Hemólisis suave. Prognosis favorable.

VIII (no clasificada Quinasa de fosforilasa (EC 2.7.1.38). Glucógeno con espor Cori) tructura normal. Gran aumento del tamaño del hígado. Prognosis favorable.

6-Fosfato de glucosa

Figura 1. Síntesis y degradación del glucógeno.

Glucógeno, metabolismo del

Glucogenólisis (Glycogenolysis): véase metabolismo del Glucógeno. Glucógeno, metabolismo del (Glycogen metabolism): formación y escisión del glucógeno. El proceso está bien estudiado en músculo de mamíferos. El glucógeno se sintetiza a partir de difosfato de uridina y glucosa (UDPG) y una molécula iniciadora de estructura (a-1,4glucosilo)n por acción de la glucógeno sintasa (EC 2.4.1.11). La ramificación de la molécula la realiza una enzima ramificante de a-l,4-glucano (EC 2.4.1.18), que transfiere un segmento de cadena desde un 4-OH a un 6-OH. (La enzima se denomina también enzima Q) (Fig. 1). La degradación del glucógeno (glucogenólisis) se inicia por la enzima fosforilasa (EC 2.4.1.1), que transfiere un residuo de glucosa desde el extremo no-reductor

de la cadena al fosfato inorgánico. El producto es 1-fosfato de glucosa, que se isomeriza a 6-fosfato de glucosa y entonces se incorpora a la glicólisis (véase). Los enlaces 1,6 se escinden por una hidrolasa en vez de por un fosforilasa. Por tanto, la degradación completa de glucógeno produce aproximadamente 10% de glucosa libre y 90% de 1-fosfato de glucosa. El M.g. está controlado por la interconversión de las enzimas implicadas (véase modificación covalente de Enzimas) (Fig. 2). La glucógeno sintasa está presente normalmente en los músculos en forma activa, mientras que la fosforilasa está en su forma inactiva (b). Sin embargo, la fosforilasa b se activa alostéricamente por un brusco incremento de AMP por la actividad muscular, por lo que puede empezar la fos-

Proteína quinasa (activa)

Proteína quinasa (inactiva) Adrenalina

Diesterasa

\

Ádenilato ciclasa (activa)

(en músculo e hígado) | Glucagón | (en hígado)

Adenilato ciclasa (inactiva)

Figura 2. Regulación del metabolismo del glucógeno. cAMP = 3',5'-monofosfato deadenosinacíclico, 5-AMP = 5'-monofosfato deadenosina. 379

Gluconeogénesis

forilación, aunque los reguladores más importantes del M.g. son las hormonas y la estimulación nerviosa. La adrenalina y el glucagón activan la adenilato ciclasa (EC 4.6.1.1), y su producto, cAMP, activa numerosas quinasas de proteínas, incluyendo una que activa la fosforilasa quinasa (EC 2.7.1.38) e inactiva simultáneamente la glucógeno sintasa. (La forma inactiva de la fosforilasa se activa también alostéricamente por iones Ca2+ liberados en la contracción muscular). La fosforilasa quinasa activada a convierte, a su vez, la fosforilasa b inactiva en fosforilasa a activa. La fosforilasa a está sometida a inhibición alostérica por 6-fosfato de glucosa, por lo que la escisión del glucógeno se retarda por la elevación de este producto. Además, el 6-fosfato de glucosa activa alostéricamente la glucógeno sintasa. El sistema pasa al estado de reposo cuando varias fosfatasas eliminan los grupos fosfatos añadidos por las quinasas. Se sabe poco de estas enzimas, pero también deben estar reguladas. El sistema total está por tanto regulado, tanto alostéricamente por sustratos y productos, como por modificación post-traduccional de las enzimas en respuesta a hormonas e impulsos nerviosos. Gluconeogénesis (Gluconeogenesis): síntesis de glucosa a partir de piruvato o Aminoácidos (véase). La G. no se realiza mediante una simple inversión de la Glicólisis (véase), ya que los equilibrios de estas reacciones son muy desfavorables en condiciones fisiológicas. En vez de ello, el piruvato se carboxila a oxalacetato (directa o indirectamente, vía malato) (véase Carboxilación). El oxalacetato se descarboxila y fosforila simultáneamente por la fosfoeno/piruvato carboxiquinasa (ATP) (EC 4.1.1.49) formando fosfoeno/piruvato. (En Escherichia coli el piruvato se fosforila directamente por ATP). Las reacciones inversas del proceso glicolítico producen entonces 1,6-difosfato de fructosa a partir de fosfoerco/piruvato. La reacción de la fosfofructoquinasa no es reversible; en su lugar, la fructosa difosfatasa (EC 3.1.3.11) elimina un grupo fosfato formando 6-fosfato de fructosa, que se convierte fácilmente en 6-fosfato de glucosa. Si el nivel de azúcar en sangre es bajo, el 6-fosfato de glucosa se hidroliza a glucosa por la glucosa 6-fosfatasa (EC 3.1.3.9). De lo contrario, el 6-fosfato de glucosa se utiliza directamente para la síntesis de glucógeno. La reacción global es: 2 piruvato (2CH 3 COCOO) + glucosa (C 6 H |2 0 6 ) + 2 NADH + 4H+ + 6AIP 2NAD+ + 6ADP + 6P. La energía necesaria para 380

la G. se puede obtener de la oxidación de 20-30% de lactato a C0 2 y H 2 0. Se realiza G. a partir del esqueleto carbonado de cualquier aminoácido que se pueda convertir en ácido carboxílico de C4 (aminoácidos glucoplásticos), a través del oxalacetato producido en el ciclo TCA (véase). En el hígado, la G. está promovida por Glucagón y Adrenalina (véanse), efectos que están mediados por el cAMP. En estado de ayuno, se liberan glucocorticoides (p.ej., Cortisol, véase) en las glándulas suprarrenales, los cuales inducen las enzimas de la G. en el hígado, y parece que también hacen las células más sensibles al cAMP, y portante al glucagón, determinando el aumento de la G. a partir de aminoácidos. Glucoquinasa (Glucokinase): véase quinasas. D-Glucosa (D-Glucose), dextrosa, azúcar de uva, azúcar de ¡a sangre: una hexosa. M 180,16; forma-a, p.f. 146°C [ + 47,5° después de 30 min (agua); forma-p, p.f. 110°C (d), [a]™ +28° +47,5° después de 30 min. (agua). Es componente de la quitina, de mucopolisacáridos como heparina, sulfatos de condroitina y de mucoitina,

' O H 16.Difosfato dé glucosa (donantede® regenerado)

Glucosa, factor de tolerancia a la (Glucose tolerance factor): véase Cromo. Glucosa, 1-fosfato de (Glucose 1-phosphate), éster de COTÍ: producto de la fosforólisis del Glucógeno y el Almidón (véanse). Se convierte en 6-fosfato de glucosa por acción de la fosfoglucomutasa (EC 2.7.5.1). Glucosa, 6-fosfato de (Glucose 6-phosphate), éster de Robinson: intermediario clave del metabolismo de Glícidos (véase). Glucosa 6-fosfato deshidrogenasa (Glucose 6-phosphate dehydrogenase), GPDH (EC 1.1.1.49): enzima clave del ciclo de los Fosfatos de pentosa (véase). Se encuentra ampliamente distribuida en plantas y animales, y se ha demostrado que se forma a partir de subunidades precursoras inactivas. Es una enzima tetramérica de Mr que oscila de 206.000 en Neurospora a 240.000 en eritrocitos. Sus dímeros se mantienen unidos por NADP. En el hombre, se conocen 50 variantes hereditarias de la GPDH de eritrocitos. Los individuos que carecen de la enzima, tras consumir ciertas legumbres (p.ej., habas), aspirar polen de haba o tomar ciertas medicinas, sufren

y de las sustancias de los grupos sanguíneos y otros polisacáridos complejos. Normalmente está presente como A'-acetilglucosamina.

j9-Glucosamina

Glucosaminoglicanos(Glucosaminoglycans): véase Proteoglicanos. D(+)-Glucosa oxidasa (D(+)-GIucose oxidase) (EC 1.1.3.4): flavoenzima de plantas y microbios que oxida p-D-glucosa a ácido glucónico y R,0 2 en presencia de 0 2 . Se utiliza para análisis enzimàtico específico de glucosa, p.ej., en sangre. La G.o. de Aspergillus es una flavoglicoproteína dimérica (16% de glícido, Mr 160.000,2 FAD por molécula, 2 subunidades de M 80.000 cada una) que se inhibe por p-mercuribenzoato. 381

Glucosinolato

Glucosinolato (Glucosinolate), tioglucósido de aceite de mostaza, glucósido de aceite de mostaza: producto natural vegetal con la estructura que se muestra en la Fig. 1. Es particularmente abundante en miembros de las Cruciferae, Capparidaceae y Resedaceae. Los dos G. mejor conocidos son sinalbina (cristalizada de la mostaza blanca en 1831 ) y sinigrina (aislada de la mostaza negra en 1840); se conocen más de 70 G. diferentes. El residuo glícido es siempre una unidad de glucosa; todos los G. son 1-P-Dtioglucopiranósidos. Desde 1961 se usa el término «glucosinolato» para el anión del compuesto. El catión es normalmente potasio, pero en la sinalbina es la molécula orgánica básica sinapina. Una nomenclatura anterior y alternativa utiliza el prefijo «gluco» unido a una parte apropiada del binomio latino de la planta de origen, p.ej. glucotropaeolina de Tropaeolum majus, etc.

es sinalbina; especialmente abundante en el género Sinapis, y bastante restringida a este género); benzil-G. (de triptófano, en varias familias de plantas, pero sólo en los brotes y tejido vegetativo joven). No se han encontrado G. derivados de los 13 aminoácidos proteogénicos restantes; por su estructura cíclica, la prolina no es precursor potencial de G. Se sabe que los G. derivan también de aminoácidos proteogénicos por homologización (Fig. 3), que consiste en una serie de reacciones tipo bien conocidas en el ciclo TCA (véase) y la biosíntesis de leucina. Por ejemplo, el etil-G. (descrito solo en una especie de Lepidum) deriva de alanina tras un ciclo de homologización. Similarmente, el 2(5)-

Al dañar la planta se produce hidrólisis de G. y liberación de isotiocianatos volátiles, lacrimógenos y picantes, conocidos como aceites de mostaza. Por su capacidad para producir estos compuestos, diversas especies de Cruciferae (p.ej. rábano picante, mostaza) se utilizan como condimentos. Los aceites de mostaza están ausentes normalmente en la planta y se forman cuando el daño tisular permite la interacción del G. y la tioglucósido glucohidrolasa (EC 3.2.3.1); la activación de esta enzima por su cofactor, el ácido ascòrbico, también puede estar promovida por el daño tisular. A la hidrólisis enzimàtica del enlace S-glucósido sigue una reorganización molecular de la aglicona, con producción concomitante de sulfato e isotiocianato (Fig. 1). También se producen pequeñas cantidades del correspondiente tiocianato y nitrilo (Fig. 1).

fCoH H/l

Como los glicósidos cianogénicos, los G. se biosintetizan a partir de aminoácidos. Estudios de mareaje isotópico con aminoácidos marcados 14 C,'5N, o las correspondientes aldoximas apoyan la ruta sugerida en la Fig. 2. Los siguientes G. derivan de aminoácidos proteogénicos: metil-G. (de alanina; no encontrado en Cruciferae, pero ampliamente distribuido y dominante en Capparhaceae)', isopropil-G. y sec-butil-G. (de valina e isoleucina, respectivamente, presentes especialmente en los géneros Cardamine, Cochlearia, Lunaria y Sisymbrium)', isobutil-G. (de leucina, presente en Conringia orientalis, Cochlearia officinalis y 2 spp. de Thelypodium)-, 4hidroxibenzil-G. (de tirosina, la sal con sinapina 382

CH2OH

H A

N-O-SOJ

— F

VI

Tlofllucásido f

glucohidrolasa

N-0-S05

II

OH"

-H

OH

H

Glucosinolato (glucósido de aceite de mostaza) R - C = N + S

glucosa

-C-S" +

HSO;

7 R—S—C=N

R - N = C = S

nitrilo y Tiocianato Isotiodanato o azufre elemental (productos menores) Aceite de mostaza (productos menores) (producto principal}

Figura 1. Conversión de un glucosinolato en el correspondiente isotiocianato por acción de la tioglucósido glucohidrolasa. RI

RI R2-CH-CH-COOHJ NH2

>R2-CB-CH-COOHJ

I

> R 2 - C H - C H - C 0 OH

>

NHOH

Aminoácido R>

I

RJ-CH-CH

II

NOH

Aldoxima RI

I

R2-CH-C=N

R2—CH-CH-

R2-CH-C-SX

II

N=-OH

V

NOH

Si, Ri

I

R2—CH—C—SH

II

NOH

- glucosa RI

I

R2-C-C=N

R ^ C H - C - S - glucosa NOH

RL

R2-C-CSN

0-glucosa Glicósido danogéfiieo

I R 2 -CH-C-S-g|uc0Sa N-O-SOf Glucosinolato

Figura 2. Rutas propuestas para la biosíntesis de glucosinolatos y glicósidos cianogénicos a partir de aminoácidos.

Glucosinolato COOH R-CH-COOH

transaminación u R - C - C 0 0 H

I

NH 2

>

oxidación

CH

R-C

•H 2 0

I

COOH COOH

R-CH

I

COOH

O

»-

R—c-OH

I

CH 2 —COOH

Ceto-ácido

Aminoácido

-H 2 O

II

acetil-CoA

R-CH

— ^

C=0

CHOH

I

I

COOH

R—CH,—C=0

I

COOH

oxidación

COOH

I

transaminación

COOH

C0 2

i

Homólogo de ceto-ácido

R-CH,—CH—NH,

I

COOH

Homólogo de aminoácido

Figura 3. Homologuización. Un ciclo de este proceso extiende la cadena lateral del aminoácido precursor con un grupo CH2; es análogo a las reacciones del ciclo de los ácidos tricarboxílicos y de la biosíntesis de leucina. CHJ—S— CHJ—CHJ —CH—COOH

Metionina

NH, CH3COOH homologización C H 3 - S - C H 2 - C H 2 - CH2—CH-COOH

Homometionina

NH, S demetionina o cistefna ^-S

de sulfato inorgánico o sulfuro

CH2=CH—CH2—C—S-glucosa

II

•

Sinigrina

N-O—SO,

Figura 4. Resumen de los estudios de mareaje con isótopos (,4C y 35S) sobre la síntesis de sinigrina.

metilbutil-G. deriva del ácido 2-amino-4metilhexanoico, que a su vez deriva de isoleucina por homologización. En las Cruciferae se han encontraado 9 co-metiltioalquil-G. homólogos (cadena lateral CH3-S-(CH2)n- donde n varía de 3 a 11); derivan de metionina, con 1-9 ciclos de homologización. También se conocen los correspondientes sulfóxidos y sulfonas, p.ej., 3-(metilsulfonil)-propil-G. de Cheiranthus.

El origen biosintético de la sinigrina es menos obvio, pero estudios de mareaje isotópico han demostrado que los átomos de carbono de la cadena lateral derivan de metionina tras un ciclo de homologización (Fig. 4). El alilisotiocianato es altamente tóxico para el patógeno Peronospora parasítica (moho velludo). Las variedades de repollo seleccionadas por su sabor más suave (y por tanto con menor contenido 383

Glucuronato, ruta del

Tabla. Algunos ejemplos de glucosinolatos naturales Glucosinolato

Origen

Sinalbina, Glucosinalato de sinapina 4-Hidroxibencilglucosinolato de sinapina

Sinapis alba (mostaza blanca o amarilla)

Sinigrina, Alilglucosinolato Sinigrósido, Mironato potásico

Brassica nigra (mostaza negra) Amoracia rusticana (rábano picante)

Bencilglucosinolato Glucotropaeolina

Tropaeolum majus (capuchina)

Glucosinolato de feniletilo, Gluconasturtiína

Nasturtium ojficinale (berro)

3-(Metilsulfonil) -propil-glucosinolato, Glucoqueirolina

Cheiranthus cheiri (alhelí amarillo)

*2-Hidroxi-3-butenilglucosinolato, Progoitrina, Glucorapiferina

Varias spp. de Brassica (nabo amarillo)

Fórmula glucosa — S --c-- C H 2 - ^ II N - -o-so ¡ + Sinapina

glucosa - S -

IOH

—

-c-- C H 2 - C H = C H 2 II N-

glucosa - S -

-c-

_cH2

II N -- 0 — S O J K

glucosa

—o

- s - -c-- C H 2 — C H 2 — D II N -- 0 - S 0 3 - K

+

A '

glucosa - S - -c-- ( C H 2 ) 3 - S 0 2 - C H 3

II

N-- 0 - S 0 J

K*

glucosa - S - - C - — C H 2 — C H O H — C H = C H 2 II + N-0-S03" K

El *2-hidroxi-3-butenilisotiocianato (S = C = N-CH2-CHOH-CH = CH2), aceite de mostaza de 2-hidroxi-3butenilglucosinolato, se cicla espontáneamente a 5-vinil-2-tio-oxazoIidona (goitrina), responsable del efecto bociogénico (véase Bociógenos) de los nabos amarillos y del aceite de semilla de colza.

en sinigrina) carecen de resistencia al patógeno. Por otra parte, la sinigrina es un alimento atrayente para la larva de la mariposa de la col (Pieris brassicae) y estimulante de la puesta de la hembra adulta. Es también un alimento atrayente del pulgón del repollo, que prefiere las hojas maduras con contenido medio de sinigrina y evita las hojas jóvenes, muy ricas en este G. Los trabajos hasta 1960 sobre G. se revisan extensamente por A. Kjaer en Progress in the Chemistry ofOrganic Natural Products XVIII (L. Zechmeister, ed., Springer (1960)), pp.122-176. Varios autores discuten trabajos posteriores en The Biology and Chemistry of the Cruciferae (J.G. Vaughan et al., ed., Academic Press (1976)). G l u c u r o n a t o , ruta del (Glucuronate pathway), ciclo del glucuronato-xilosa, ruta del D-glucuronato-L-gulonato: ruta del metabolismo de glícidos por la que se sintetizan y se degradan 384

s=c

CH-CH2

Cw

NH—C H¿ I H

(S)-5-Etenil-2-oxazolidinationa (5-vinil-2-tiooxazolidina, goitrina)

el m¡o-inositol y el ascorbato (Fig. 1). La glucosa se oxida en posición 6 a D-glucuronato, probablemente vía UDP-glucosa (véase azúcares de difosfatos de Nucleósidos), el cual, es también el producto de la wi'o-inositol oxigenasa, y el producto inicial de la síntesis de glucurónidos. Se degrada por reducción a L-gulonato. Dado que el C 6 del glucuronato se convierte en el C 1 del gulonato, este pertenece a la serie L de los glícidos.

Glucuronato, ruta del

H

H

OH H

^ I I I I ®OCH.—C —C —C—C—CHO I I I OH OH HI OH Fosfoglucomutasa (EC 2.7.5.5)

6-Fosfato de glucosà

H 1 1H 1 OH 1 H ^ H O C H , - C — C— C— C — C H O ® I I I I OH OH H OH

H I

^

OH I

® O C H ¡ —C—C—CO —CH 2 OH OH H

1-Fosfato de glucosa

5-Fosfato de xilulosa

1-Fosfato de glucosa uridik) transferase (EC 2.7.5.5)

^UTP

ADP-« ATP H OH I I HOCH, — C —C—CO —CH.OH I I OH H D-Xilulosa NADH NAD AD * — ' ' r OH H OH I I I HOCH,— C — C—C—CH.OH I I I H OH H

U-H;0 I~-»UMP 1-Fosfato de D-glucuronato j ^ P

Xilttol H H OH H I I I I ~00C —C — C — C — C —CHO I I I I OH OH H OH

.dpvJI NADP NADPH

OH H I I HOCH,—C—C—CO I I H OH

D-Glucuronato m/olnositol oxigenasa (EC 1.13.99.1)

,,

O

i — 1 OH OH /

/

Glucuronato reductasa (EC 1.1.1.19) . NADPH+H*

NAD"1"

>NADP +

koH

Xilulosa L-Xil reductasa (EC 1.1.1.10) -CH.OH

NADH*H +

OH H OH OH I I I I HOCH,— C — C — C — C — I I I I H OH H H

HOCH;—c —c —CO— C - C O O / H

L-Gulonato

OH

ß-ceto-L-gulonato

m/o-lnositol

Figura 1. Ruta del glucuronato.

Glucuronato Isomerasa (EC 5.3.1.12) D-Glucuronato

Fructuronato reductasa (EC 1.1.1.54) D-Manonato

- D-Fructuronato • ^ NADH+H

3-Fosfato de gliceraldehfdo

^ NAD

H20 A D P ATP

Aldolasa (EC 4.1.2.14)

fosfogluconato

•XL

, Manonato ¿ deshidratasa (EC 4.2.1.18)

. 3-Desoxi-2-celogluconato

Piruvato

Figura 2. Ruta catabòlica alternativa del glucuronato en bacterias. 385

D-Glucurónico, ácido

El L-gulonato se desvía a la ruta del L-ascorbato (véase Vitaminas, Fig. 10), o se oxida a (5-ceto-Lgulonato, que se descarboxila formando L-xilulosa. La xilulosa se reduce al azúcar alcohol xilitol, que se reoxida a D-xilulosa. El cambio de la configuración va acompañado, de nuevo, por un desplazamiento extremo por extremo en el que el C 5 de la xilulosa se forma a partir del C 1 del xilitol. La D-xilulosa se fosforila a 5-fosfato de xilulosa, compuesto del ciclo de los Fosfatos de pentosa (véase). El 6-fosfato de glucosa, precursor de la UDP-glucosa, se regenera a partir de 5-fosfato de xilulosa en el ciclo de los fosfatos de pentosa. Las bacterias poseen un proceso alternativo para la degradación del glucuronato a 3-fosfato de gliceraldehído y piruvato (Fig. 2). D-GIucurónico, ácido (D-Glucuronic acid): derivado biosintético de glucosa presente en mucopolisacáridos como ácido hialurónico y

sulfato de condroitina. En animales es un importante compuesto de conjugación de sustancias exógenas y endógenas, especialmente fenoles, que se excretan como conjugados de ácido glucurónico (glucurónidos). En la mayoría de los animales, el A.g. es el producto inicial de la biosíntesis de ácido ascòrbico (véase Vitamina C). L-Glutámico, ácido (L-Glutamic acid), abrev. Glu, ácido L-a-aminoglutárico: aminoácido proteogénico con dos grupos carboxilo. Solo el grupo a-carboxilo forma enlace peptídico en las proteínas, por lo que el grupo carboxilo libre restante confiere al polipéptido carácter ácido. Mt 147,13, p.f. 247-249°C (d), [a]*5 + 12,0° (c = 2 en agua) o + 31,8° (c = 2 en HC15N). Está presente en prácticamente todas las proteínas, especialmente en las de semillas. Al calor, se cicla fácilmente a ácido L-pirrolidoncarboxflico (Fig. 1 ), el cual se forma también por modificación post-

C00H Ruta del glucuronato (véase)

o-(p>—(P)-O-CH

OH OH Difosfato de uridina y ácido glucurónico un ácido carboxílico, p.ej. Bilirrubina (véase) UDP UDP-glucuronato: bilimibinaglucuronosllo transferasa (EC 2.4.1.76) UDP-glucuronato: bilimibina-glucuronosido glucuronosilo transferasa (EC 2.4.1.77)

un fenol, p.ej. Estradiol (véase) UDP

UDP-glucuronato -> fenol transglucuronidasa (EC 2.4.1.17)

C00H

Glucurónido tipo éster

Glucurónido tipo éter

Formación de conjugados de ácido glucurónico (glucurónidos o glucuronósidos). La UDPglucuronato:fenol transglucuronidasa (EC 2.4.1.17) cataliza la glucuronización de un amplio rango de fenoles, alcoholes y ácidos grasos. La glucuronización de la bilirrubina es un caso de importancia especial (véase síndrome de Crigler-Najjar en Errores congénitos del metabolismo). 386

L-Glutamina

^CH,—CHj =C

yîHi-CHj

CH—C—OH—»-0=C

\OH HjN/

À

\ NH /

CH—C

IilI

OH + H , 0

Figura 1. Ciclización del ácido L-glutámico. Ácido L-glutámico

\

4-carboxiglutamato en ciertas proteínas. La reacción requiere vitamina K, por lo que, para la síntesis de las proteínas de la coagulación sanguínea, p.ej., protrombina, que contiene residuos de 4-carboxiglutamato, se necesita esta ÁcidoA'-pirrolina 5-carboxílico

Ácido glutámico y-semialdehído

COOH

I

(CH2)2

I

HC —NH—CO—CH,

L-Proiina

I

COOH Ácido N-acetiigiutámico

\

Acido U-acetil-LglutámicoY-semialdehldo "

L-Omitina • a-H-Acetilomítina

Figura 2. Biosíntesis de L-ornitina y L-prolina a partir de ácido L-glutámico.

traduccional de los residuos de Glu de las proteínas (véase ácido Piroglutámico). La biosíntesis de aminoácidos de la familia del a-cetoglutarato comienza con Glu (Fig. 2). Está implicado en el transporte de iones potasio en el cerebro, donde también detoxifica amonio formando glutamina que puede atravesar la barrera hematoencefálica. En el sistema nervioso central, el Glu se descarboxila a ácido 4-aminobutírico por la glutamato descarboxilasa (EC 4.1.1.15). El Glu es componente de los péptidos de yglutamilo. Unos pocos de ellos se encuentran en el sistema nervioso central, pero son muy abundantes en plantas como compuestos de almacenamiento, y con frecuencia contienen aminoácidos raros. Es también componente del Glutatión (véase) y su grupo amino se puede acetilar enzimáticamente. Otros derivados de Glu no se forman directamente a partir de él, p.ej., el 4-metilenilglutámico y su amida, 4-metilenil-glutamina. El Glu se degrada vía ácido a-cetoglutárico o se descarboxila a ácido 4-aminobutírico, que se convierte posteriormente en ácido succínico que se incorpora al ciclo TCA. 4-Glutamilo carboxilasa, (4-Glutamyl carboxylase), y-glutamilo carboxilasa, y-glutamilo carboxilasa vitamina K-dependiente: enzima responsable de la carboxilación posttraduccional de los residuos de glutamato a

vitamina. Es una enzima microsomal, que se puede solubilizar con diversos detergentes. Parece que el sistema microsomal requiere ATP, pero la enzima solubilizada no. En esta carboxilación no está implicada la biotina.

co

co

I vitamina K I HC — CH2—CHj—C00" + H CO i INH I NH I I

Residuo de L-Glutamato

»-HC —CH2—CH ^coo-

Residuo de L-Carboxiglutamato

L-Glutamina, (L-Glutamine), abrev. Gin o Glu-NH2: aminoácido proteogénico, 5-amida del ácido L-glutámico. Mr 146,15, p.f. 185-186°C (d), [cc]¿5 + 6,3° (c = 2, agua) o +31,8° (c = 2, HC1 5 N). En soluciones acuosas neutras o débilmente ácidas en ebullición, la Gin se cicla rápidamente a la sal amónica del ácido pirrolidoncarboxflico (véase ácido Glutámico). Se sintetiza Gin a partir de ácido glutámico y amonio en una reacción endoergónica: Glu + NH 4 + ATP Mg ->, 1'Gin + ADP + P„i catalizada por la r glutamina sintetasa (EC 6.3.1.2). La síntesis se hace termodinàmicamente favorable por acoplamiento con hidrólisis de ATP. No parece haber intermediarios libres. La síntesis está 387

Glutamina, antagonistas de

implicada en la detoxificación del Amonio (véase) y en la formación de productos de excreción del nitrógeno, porque la Gln dona N en la síntesis de fosfato de carbamilo y purinas, y es un compuesto de almacenamiento de nitrógeno en plantas.

Triptófano

'

Glucosamina Ácido antranflico Citosina-NH,

— * • N-3 + n-9 (de purinas) — g r u p o 2-N a (de guanina) — > Riboflavina (vía guanina) — * Ácido fólico (vía G T P o G M P ) — ^ L-Histidina (vía ATP)

La Gln es un intermediario importante en el metabolismo del nitrógeno (Fig.). El nitrógeno amida se transfiere a otros compuestos por transaminación. La Gln se hidroliza también en el riñon, proporcionando amonio libre que ayuda a la resorción de los iones sodio y potasio. La Gln es un importante nutriente para el cerebro (véase ácido Glutámico). Su grupo amida está implicado en la biosíntesis de hexosaminas, por lo que induce la regeneración de mucoproteínas y del epitelio intestinal. Glutamina, antagonistas de (Glutamine antagonists), análogos de glutamina: análogos estructurales de la L-glutamina que inhiben competitivamente reacciones enzimáticas glutamina-dependientes (véase L-Glutamina), p.ej., 6-Diazo-8-ceto-L-norleucina y Albizina (véanse). Glutamina sintetasa (Glutamine synthetase): véase asimilación del Amoníaco; modificación covalente de Enzimas. Glutamino-carbamilo-fosfato sintetasa (Glutamino-carbamoylphosphate synthetase): véase fosfato de Carbamilo. Glutatión (Glutathione), L-y-glutamil-Lcisteinil-L-glicina, GSH: tripéptido presente en animales, la mayoría de las plantas y bacterias. Actúa como agente redox biológico, como coenzima y cofactor, y como sustrato de ciertas reacciones de acoplamiento catalizadas por la Glutatión S-transferasa (véase). La concentración de GSH en las células es 0,1-10 mM; durante el ciclo del y-glutamilo se exporta a los fluidos extracelulares (véase más adelante). Como agente redox, elimina radicales libres y reduce peróxidos (2 GSH + ROOH GSSG + ROH + H 2 0), protegiendo a los lípidos de membrana de estas sustancias reactivas. Es especialmente importante 388

en el cristalino y en ciertos parásitos que no tienen catalasa para eliminar H 2 0 2 . Metabolismo: en la célula, se forma GSH en dos etapas: Glu + Cys -» y-Glu-Cys y y-Glu-Cys + Gly —» GSH, catalizadas respectivamente por la y-glutamilcisteína sintetasa (EC 6.3.2.2) y la GSH sintetasa (EC 6.3.2.3). Parte del GSH se transporta fuera de la célula; en el espacio extracelular se convierte en Cys-Gly + aminoácido y-glutamilo por acción de la y-glutamilo transferasa unida a membranas (EC 2.3.2.2). Los productos vuelven al interior de la célula y el Cys-Gly se escinde en Cys y Gly, y el aminoácido y-glutamilo a 5-cetoprolina y aminoácido. La 8-cetoprolina se convierte en ácido glutámico, y se puede repetir el ciclo del y-glutamilo [A. Meister, Science 220 (1983) 472-477], Glutatión 5-transferasa (Glutathione Stransferase), ligandina (EC 2.5.1.18): grupo de enzimas del citosol hepático que catalizan la reacción del glutatión (actuando como nucleófilo) con una amplia variedad de sustratos electrofílicos: RX + GSH HX + RSG, donde GSH es glutatión reducido, R puede ser un radical alifático, aromático o heterocíclico, y X puede ser un grupo sulfato, nitrito, haluro, epoxi, eteno, o el grupo cianuro de un tiocianato. Se cree que estas enzimas intervienen en la detoxificación de agentes alquilantes potenciales, de algunos compuestos farmacológicamente activos y de ciertos xenobióticos. Los centros electrofílicos de tales compuestos se neutralizan por reacción con el grupo SH del glutatión, cuyos conjugados se metabolizan después por escisión de los residuos de glutamato y glicina, seguida por la acetilación del grupo amino libre del residuo de cisteína, produciendo ácidos mercaptúricos que se excretan. La G.t. también se une fuerte y no covalentemente a una gran variedad de ligandos, sin catalizar después una reacción, p.ej., estrógenos, esteroides conjugados, bilirrubina, hemo, penicilina, cloranfenicol, probenecid, propiedad que dio lugar al nombre ligandina, antes de que se descubriera que G.t. y ligandina son lo mismo. Una tercera propiedad de la G.t. es su capacidad para unir covalentemente varios sustratos electrofílicos de la reacción de transferencia en ausencia de glutatión. Otra propiedad más de la enzima G.t. es su capacidad para catalizar ciertas reacciones de isomerización en las que el glutatión es coenzima, p.ej., maleilacetona a fumarilacetona, y la isomerización posicional de los (3-cetoesteroides A5-insaturados a A4-insaturados.

Gónadas

Todas las enzimas G.t. de hígado de rata son proteínas básicas, M t aproximada 45.000. Se denominan en orden inverso a su elución en columna de CM-celulosa: AA, A, B, C, D y E. [Jakoby, W.B. y Keen, J.H. (1977) Trends in Biochemical Sciences 2, 229-231]. Glutelinas (Glutelins): grupo de proteínas simples de cereales. Son generalmente insolubles en agua, soluciones salinas y etanol diluido, pero se hacen solubles a valores extremos de pH. Contienen hasta 45% de ácido glutámico. Las mejores conocidas son glutenina del trigo, oricenina del arroz y hordenina de la cebada. Gluten (Gluten): mezcla de partes iguales de glutelinas y prolaminas. El G. hace que se hinche la harina al hacer pan. Su presencia en la harina de trigo y centeno es de la mayor importancia. Los granos de avena y de arroz no tienen prolaminas, por lo que su harina no es adecuada para panadería. Glutenina (Glutenin): véase Glutelinas. Gly: abrev. de glicina. GMP: abrev. de 5'-monofosfato de guanosina. GMP cíclico (Cyclo-GMP): abrev. de 3',5'-monofosfato de guanosina cíclica (véase fosfatos de Guanosina). GMP reductasa (GMP reducíase) (EC 1.6.6.8): flavoenzima que cataliza la conversión de 5'-monofosfato de guanosina en ácido inosínico en una sola etapa. Es parte del sistema de conversión de compuestos de guanina en compuestos de adenina. Golgi, aparato de (Golgi apparatus): complejo de estructuras membranosas de las células eucarióticas, en las que se glicosilan las proteínas. En 1898, Golgi observó una estructura reticular, visible por tinción con 0 s 0 4 o AgN0 3 , que no es la misma que la observada con microscopía electrónica. El A.G. de células diferenciadas consta de tres tipos de estructuras: cisternas (con forma de globos aplanados) apiladas, vesículas que se forman en los bordes de las cisternas, y grupos de vacuolas. El conjunto se denomina también «dictiosoma», que contiene como mínimo 4 cisternas y hasta 20 o más en células vegetales; las células de mamíferos tienen típicamente 5-6 cisternas por dictiosoma. En cada uno de ellos hay, al menos, tres compartimientos funcionalmente distintos. Las cisternas de la cara cis, que reciben las proteínas, se caracterizan por la presencia de manosidasa I; las del centro por manosidasas II y N-acetilglucosamina transferasas; y las de la cara trans,

que liberan las proteínas, por galactosilo y sialilo transferasas (para información sobre estas enzimas véase Glicoproteínas). Se ha demostrado que, en el lumen del retículo endoplásmico, a todas las glicoproteínas tipo N-glicano se les añade una cadena oligosacárida formada por 2 unidades de /V-acetilglucosaminilo, 9 de manosilo, y 3 de glucosilo. Estas proteínas se transportan en vesículas formadas por gemación en el retículo endoplásmico a la cara cis del A.G., donde parece que las proteínas destinadas a diferentes compartimientos celulares, p.ej., lisosomas, plasmalema o secreción, son reconocidas y procesadas de manera diferente según su destino. Las proteínas lisosomales apenas sufren otra modificación que la fosforilación de sus cadenas glicídicas. Las proteínas de secreción y las del plasmalema pierden típicamente todas sus unidades de mañosa y reciben otras unidades de glícidos en un proceso en varias etapas. Las proteínas se transportan de una cisterna del A.G. a otra por vesículas que se forman en sus bordes. Experimentos con células fusionadas indican que las proteínas no sufren necesariamente todas las etapas de glicosilación en el mismo dictiosoma. Proteínas marcadas radiactivamente en células mutantes incapaces de completar el procesamiento, lo pueden hacer correctamente si dichas células se fusionan con células normales que no contienen radioactividad, lo que implica un tránsito desde los dictiosomas del A.G. mutante a los del normal. Al final del procesamiento, las glicoproteínas se almacenan en vacuolas, son transportadas a los orgánulos celulares adecuados, se secretan o se incorporan al plasmalema. Se desconocen los mecanismos de clasificación y transporte, pero se supone que la naturaleza de las unidades de glícidos añadidas en el A.G. dirige cada tipo de proteína a su destino correcto. [J.E. Rothman, Scientific American 253 (1985) 74-89; W.G. Dunphy, R. Brands & J.E. Rothman, Cell 40 (1985) 463-472], Goma (Rubber): 1) caucho vulcanizado. 2) componentes hidrosolubles de la resina del Caucho (véase). Goma laca (Shellac): véase Resinas. Gónadas (Gonads), glándulas sexuales: órganos en los que se forman los gametos y las hormonas sexuales. Las G. masculinas son los testículos, y las femeninas, los ovarios. La formación y secreción de hormonas sexuales está 389

Gonadotropina, hormona liberadora de

controlada por las gonadotropics de la pituitaria. Gonadotropina, hormona liberadora de (Gonadotropin releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Gonadotropics (Gonadotropins): grupo de hormonas glicoproteicas del lóbulo anterior de la pituitaria y la placenta. Estimulan el crecimiento gonadal y la producción de hormonas sexuales específicas (femeninas, véanse Estrógenos y Gestágenos; masculinas, véase Andrógenos). El grupo incluye Folitropina, u Hormona foliculoestimulante, FSH; Lutropina u Hormona luteinizante, LH; Gonadotropina menopáusica humana, Urogonadotropina, hMG; Prolactina; y Gonadotropina coriónica, Coriogonadotropina, hCG (véanse). La folitropina, coriogonadotropina y urogonadotropina se componen de cadenas a y p. Las secuencias primarias de las cadenas a son casi idénticas, mientras que las cadenas (3 son hormona-específicas, lo que sugiere que las tres hormonas han evolucionado a partir de un ancestro común. La lutropina y la folitropina se producen en el lóbulo anterior de la pituitaria, aunque no continuamente. La coriogonadotropina se sintetiza en los sinciciotrofoblastos de la placenta, produciéndose el máximo nivel en el segundo mes de embarazo. La síntesis de lutropina y folitropina está controlada por la hormona liberadora de gonadotropina del hipotálamo, que a su vez está influida por el centro sexual del cerebro. El centro sexual, el hipotálamo, el lóbulo anterior de la pituitaria y las gónadas o la placenta forman un bucle de retroalimentación en el que las hormonas sexuales de las gónadas ejercen retroalimentación negativa sobre el cerebro. En las hembras, se establece un patrón cíclico de variación de los niveles hormonales (ciclo menstrual); en los machos, las variaciones son acíclicas. Además de estas variaciones a largo plazo, hay fluctuaciones diurnas de los niveles de hormonas. Las G. interaccionan con receptores específicos de la teca y las células foliculares del ovario y del cuerpo lúteo y con las células intersticiales de Leydig en los testítulos, liberándose cAMP como segundo mensajero que estimula la producción de las hormonas esteroides sexuales. Las G. se pueden detectar por radioinmunoanálisis, por el método del radioligando-receptor de hormona o por análisis biológicos (véase Hormonas). 390

Gonadotropina coriónica humana (Human chorionic gonadotropin): véase Coriogonadotropina. Gonadotropina menopáusica humana (Human menopausal gonadotropin), HMG, gonadotropina de la castración: glicoproteina del lóbulo anterior de la pituitaria, Mt 31.000, con 30% de glícidos, estructura primaria desconocida. Tiene acción similar a la de la hormona folículo estimulante. Se producen cantidades elevadas de GMH en la pituitaria de mujeres menopáusicas u ovarectomizadas, cuyo incremento (acompañado por incremento de la secreción) se explica por la ausencia de la retroalimentación negativa de las hormonas sexuales del ovario en el hipotálamo y la pituitaria. Gonadotropina sérica de la hembra preñada (Pregnant mare serum gonadotropin), abrev. PMS: hormona producida por el endometrio uterino, Mr 28.000. No se excreta bien por los ríñones y se acumula en la sangre. Su acción es similar a la de la Hormona foliculoestimulante (véase). Gosipol (Gossypol): triterperno aromático de la semilla del algodón (Gossypum hirsutum). Ai 518,54, p.f. 184°C en éter, 199°C en cloroformo' 214°C en ligroína. Se sintetiza a partir de ácido mevalónico vía pirofosfato de nerilo y cis, cíí-pirofosfato de farnesilo. Es ligeramente venenoso y se ha propuesto como insecticida. CHO

OH

OH

CH0

Gosipol GOT: véase Transaminasas. Gougerotina (Gougerotin), aspiculamicina, asteromicina: 1 -citosinil-4-sarcosil-D-serilamino1,4-didesoxi-P-D-glucopiranuramida, importante antibiótico de pirimidina (véase Antibióticos de nucleósidos) sintetizado por Streptomyces gougeroti. Inhibe la biosíntesis de proteínas en ribosomas eucarióticos y procarióticos. Gramicidinas (Gramicidins): antibióticos peptídicos cíclicos o lineales producidos por Bacillus brevis. La Gramicidina S, cyclo(-D-PheL-Pro-L-Val-L-Orn-L-Leu-)2 se aisló por primera vez en 1942. La estructura primaria fue deter-

Grasas

HjN—C=0

0=C-N H

HO—C h —CH

OH

2 I

NH

I o=c

H HjC—N—CH3

Gougerotina minada por Synge, y la síntesis total, la primera de un antibiótico peptídico, fue publicada en 1965 por R. Schwyzer et al. En bacterias, la síntesis se lleva a cabo por un sistema enzimàtico pequeño y soluble. La primera enzima activa L-Phe; la segunda activa los otros cuatro aminoácidos, transfiriéndolos a los grupos tiol de moléculas de pantoteína unidas covalentemente a la enzima. La fenilalanina activada, que en parte se convierte en D-Phe, ataca la Pro activada iniciando la síntesis. La Pro ataca la Val y así sucesivamente hasta formar el pentapéptido. Después, dos pentapéptidos ge unen y se ciclan. La G.S es eficaz contra bacterias Gram-positivas pero no contra Gram-negativas. Se cree que tiene estructura de lámina plegada antiparalela.

-L-Leu^

l-Orn

/ l-Val

L-Pro

\D-Phe

~L-Leu

D-Phe

\L-Pro L-Val

/ l-Orn

Gramicidina S La gramicidina D es un complejo de cuatro componentes, G.A, B C y D. La G.A es un péptido lineal de aminoácidos D y L alternantes: HCO-LVal-Gly-L-Ala-D-Leu-L-Ala-D-Val-L-Val-D-Val(L-Trp-D-Leu) J -L-Trp-NHCH 2 CH 2 OH. [R. Sarges and B. Witkop, J. Am. Chem. Soc. 86(1964) 1862]. Una segunda serie (la G. de isoleucina) tiene isoleucina en vez de valina en posición 1. La G.B tiene Phe en posición 11, y la G.C tiene Tyr en

dicha posición. Las G. lineales actúan como ionóforos. Forman canales a través de las membranas biológicas que permiten el paso de cationes monovalentes, facilitando así el equilibrio entre el Na+ y el K+ intra- y extracelular. Por métodos físicos, se ha descubierto que el canal de G.A es una hélice de cadena sencilla compuesta por dos moléculas de G.A. Los dos residuos CHO están adyacentes en el centro de la membrana. [D.W. Urry, T.L. Trapane & K.U. Prasad, Science 221 (1983) 1064-1067], Granatano (Granatan): véase Pseudopeletierina. Grasas (Fats), triacilgliceroles: ésteres de glicerol con ácidos grasos saturados o insaturados. Existen mono- y diacilgliceroles, pero los triacilgliceroles son, con gran diferencia, los más comunes en la naturaleza. Las G. naturales son compuestos neutros, formados generalmente por una mezcla de ésteres de diferentes ácidos grasos, y acompañados por Fosfolípidos, Esteróles, Triterpenos, Carotenoides, Tocoferoles, ácidos Grasos (véanse; los tocoferoles se describen en Vitaminas), alcoholes alifáticos, hidrocarburos y otros compuestos hidrofóbicos. Casi sin excepción, los ácidos grasos de las G. naturales no son ramificados y tienen un número par de átomos de carbono, generalmente entre 4 y 26. En plantas, los grupos hidroxilo primarios de las posiciones 1 y 3 del glicerol están ocupados normalmente por ácidos grasos saturados, mientras que en la posición 2 se encuentra un ácido graso insaturado. En animales, es frecuente la situación inversa. Se han identificado más de 50 ácidos grasos componentes de G. naturales. Los más comunes son los ácidos grasos saturados palmítico (C16) y esteárico (C lg ) y los insaturados oleico, linoléico y linolénico (todos C lg ). En los ácidos grasos naturales, los dobles enlaces están siempre en configuración cis. Ocasionalmente se encuentran ácidos grasos ramificados, hidroxilados o con número impar de átomos de carbono, como los ácidos ricinólico, cerebrónico e hidroxinervónico. La hidrólisis de las G., por álcalis (saponificación) o por lipasas, produce glicerol y ácidos grasos (o jabones, sus sales alcalinas) como producto final. El punto de fusión de una grasa depende de la naturaleza de los ácidos grasos constituyentes. Los de cadenas h i d r o c a r b o n a d a s más cortas e insaturadas tienen los puntos de ebullición más bajos. Las G. líquidas a temperatura ambiente se 391

Grasas, biosíntesis de

denominan aceites grasos, los cuales, según su tendencia a sufrir oxidación autocatalítica en presencia de oxígeno, se subdividen en aceites secantes, semisecantes y no secantes; dicha tendencia depende de la polimerización y entrecruzamiento por puentes de oxígeno, peróxido e hidrocarburo entre los ácidos grasos. Sólo los ácidos poliinsaturados pueden sufrir estas reacciones. Los aceites de semillas de linaza y adormidera son ejemplos de aceites secantes; los aceites de cacahuete y de colza son semisecantes, y el aceite de oliva es no secante. Las G. vegetales y animales se distinguen analíticamente porque están asociadas con diferentes esteróles; fitosterol en plantas y colesterol, p.ej., en animales, aunque tienen el mismo valor nutritivo siempre que estén presentes las mismas vitaminas y ácidos grasos esenciales. Las G. vegetales son más abundantes en las semillas (40-45% en semillas de colza, de adormidera y de linaza); las aceitunas contienen hasta 25% de grasas. Los aceites de frutos más importantes son el de palma y el de oliva; las grasas sólidas de semillas más importantes son la mantequilla de coco, de palma y de cacao. Los aceites de semilla de algodón, maíz, girasol, cacahuete, soja, almendra, sésamo, linaza, adormidera, colza, mostaza y ricino son de importancia económica. Las G. animales se almacenan en el tejido subcutáneo y el epiplón, en la zona peritoneal y en la región que rodea a los ríñones. La grasa corporal de cerdos, ganado vacuno, ovejas y ocas y de animales marinos (ballena, foca, hígado de pescado) y la de la leche de vaca, cabra y oveja tienen importancia económica. Los aceites líquidos destinados a alimentación (p.ej. margarina) se hacen sólidos por hidrogenación de sus dobles enlaces, transesterificación y fraccionamiento, y por eliminación de la fracción de menor punto de fusión. Las G. se estropean con facilidad. Los ácidos grasos se liberan por hidrólisis y, si son insaturados, se oxidan fácilmente a aldehidos y cetonas (se vuelven rancios). Los antioxidantes (vitamina E, hidroxianisol burilado [BHA], hidroxitolueno burilado [BTH], galato de propilo) o captadores de oxígeno pueden retrasar este proceso. Las G. proporcionan más energía metabòlica que las proteínas y los glícidos: 37,7 kJ/g (9,0 kcal/ g). Son también importantes como aislantes corporales, protectoras de órganos y como componentes de las membranas celulares. Las G. se usan no solo en alimentación, sino también en la producción de ácidos grasos, glicerol, jabones, 392

ungüentos, ceras, combustible y lubricantes. Los aceites secantes se utilizan en pinturas, barnices y colorantes textiles. Grasas, biosíntesis de (Fats biosynthesis): véase Acilgliceroles. Grasas, degradación de (Fats degradation): hidrólisis de los enlaces éster de las grasas neutras que forma ácidos grasos y diacilglicerol, el cual se degrada después a ácidos grasos y glicerol. Las enzimas responsables son las lipasas, presentes en grandes cantidades en el páncreas, pared intestinal e hígado. La lipasa pancreática hidroliza sólo los 1 - y 3-acilésteres, pero la enzima intestinal también ataca la posición 2. El glicerol y los ácidos grasos se degradan después en las células. Grasos, ácidos (Fatty acids): los ácidos carboxílicos presentes en las grasas y aceites, fórmula general C n H 2n+1 COOH (A.g. saturados). Los A.g. insaturados tienen dobles enlaces entre dos o más carbonos y en consecuencia menos átomos de H. Son A.g. saturados comunes los ácidos butírico, palmítico, Iáurico y esteárico. Los ácidos oleico, linoleico y linolénico son A.g. insaturados u olefínicos. Ácido graso esencial: véase Vitaminas (Vitamina F). Grasos, biosíntesis de ácidos (Fatty acid biosynthesis): proceso catalizado por la ácido graso sintasa, en el que la cadena carbonada del ácido graso se forma escalonadamente a partir de unidades de 2C (derivadas de grupos malonilo con la subsecuente descarboxilación). Los intermediarios de la B.a.g. son tioésteres de la proteína transportadora de Acilos (ACP, véase) y no de coenzima A como en la degradación de ácidos grasos. El malonil-CoA se sintetiza por carboxilación biotina-dependiente de acetil-CoA (véase Biotina, en Vitaminas):

CH3.CO—SCoA

Acetil-CoA

» Acetil-CoA carboxiiasa (Acetil-CoA: dióxido de carbono ligasa [tomadora de ADP]) (EC 6.4.1.2)

COO" CH 2 .C0—SCoA Malonil-CoA

El grupo malonilo del malonil-CoA se transfiere a la ACP formando un enlace tioéster con el grupo SH de la 4-fosfopanteteína unida covalentemente a la ACP. El brazo de fosfopanteteína transporta sustratos e intermediarios, sobre los que actúan las otras actividades catalíticas de la ácido graso sintasa que se indican en la Tabla 1 y Fig. 1. Cada

Grasos, biosíntesis de ácidos

Condensación

1* reducción

Figura 1. Mecanismo de la biosínstesis de ácidos grasos. Las líneas en zig-zag representan el brazo móvil de panteteína de la proteína transportadora de acilos. El círculo central representa la proteína transportadora de acilos, y los otros seis círculos las enzimas de la biosíntesis de ácidos grasos (véase Tabla 1). Esta representación diagramática no muestra necesariamente la verdadera yuxtaposición de las proteínas, que pueden ser parte de un complejo multienzimático, o estar localizadas en una única proteína multifuncional (véase Tabla 2).

grupo acilo saturado recién formado se transfiere desde el brazo de fosfopanteteína al grupo SH de un residuo de cisterna (grupo SH «periférico») de la P-cetoacil sintetasa. A l tiol central liberado se une entonces un nuevo grupo malonilo y otro ciclo de r e a c c i o n e s ( c o n d e n s a c i ó n , r e d u c c i ó n , deshidratación, reducción) alarga el grupo acilo en dos átomos de carbono. Estos ciclos se repiten hasta que se forma un residuo de palmitilo (C 16 ), que se libera entonces como ácido libre o como acilo(graso)-CoA, dependiendo de si el sistema posee una tioesterasa o CoA-transacetilasa (véase Tablas 1 y 2). L a representación estequiométrica de la síntesis de palmitato es: Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 1 4 N A D P H + 14 H+ Palmitato + 7 C 0 2 + 14NADP+ + 8HSC0A + 6H 2 0. En la mayoría de las bacterias y en cloroplastos, la proteína transportadora de acilos y las enzimas

de la B.a.g. son proteínas individuales asociadas no covalentemente en un complejo multienzimático (ácido graso sintasa tipo II), mientras que la ácido graso sintasa de animales (tipo I) es un dimero de una única proteína multifuncional. L a ácido graso sintasa de levaduras es un tipo intermedio entre las enzimas tipo I y tipo II (véase Tabla 2). En animales, la B.a.g. ocurre en el citoplasma, pero el producto inicial, acetil-CoA, se produce en las mitocondrias por la piruvato deshidrogenasa (véase Complejo multienzimático). L a principal ruta de producción de acetil-CoA citosólico se muestra en la Fig. 2. Por cada a c e t i l - C o A transferido desde la mitocondria al citosol se genera un N A D P H . Así, en la conversión de 8 moléculas de acetil-CoA en palmitato, 8 de las 14 moléculas de N A D P H necesarias las proporciona la malato deshidrogenasa (EC 1.1.1.40, Fig. 2). Las otras 6 N A D P H son suministradas por el ciclo de los Fosfatos de 393

Grasos, biosíntcsis de ácidos Tabla 1. Reacciones de la síntesis de ácidos grasos. La enzima posee un grupo SH periférico (que pertenece a un residuo de cisteína) y un grupo SI I central (que pertenece a la panteteína). A excepción de la acetil-CoA carboxilasa, las actividades catalíticas que se indican (junto con la proteina transportadora de acilos) pueden pertenecer a proteínas individuales de un complejo multienzimático, o estar todas presentes en una única proteína multifuncional (véase Tabla 2)

Enzima

Función

l)Acetil-CoACarboxilasa

Síntesis de malonil-CoA

2) Aceti 1-transaci lasa

Transferencia de acilos (reacción de iniciación)

3)Maloniltransacilasa

4) P-CctoacilACPSintetasa

Transferencia de malonilo

C H 3 - C O ~ S C o A -HCO3 • ATP

Acelil-CoA

CH3-CO-SC0A »

9)Tioesterasa

;

NADP + CH 3 (CH 2 ) 7 CH-CH 2 (CH 2 ) 7 -COO-X CH, Grupo tuberculoestearilo en un fosfolípido. Los ácidos grasos de ciclopropano (bacterias Gramnegativas, algunas plantas verdes, zooflagelados) se forman también por transferencia de carbono desde la •S-adenosil-L-metionina a un derivado ácido graso monoinsaturado cis:

CH,(CH,) CH=CH(CH.) COO-X + 5-Adenosil-L-metionina /CH\2

i

CH,(CH 2 ) CH-CH(CH 2 ) COO-X + S-Adenosil-L-homocisteína

(1985) 616-623]. Consiste en dos subunidades idénticas (M 238.000 la subunidad, 490.000 el dímero). Elonga ásteres acilo(graso)-CoA lineales desde n-6C a n-20C produciendo los correspondientes ácidos micocerósicos tetrametilramificados y no utiliza malonil-CoA. Los grupos metilo ramificados situados cerca del centro de la cadena del ácido graso se producen 400

LipidRes. 22 (1983) 133-160; A.D. McCarthy & D.G. Hardie Trends Bioch. Sci. 9 (1984) 60-63]. Grasos, degradación de ácidos (Fatty acid degradation): rutas catabólicas de los ácidos grasos. La más común es la P-oxidación; las a y y-oxidaciones son rutas menores. La ¡i-Oxidación es la degradación escalonada de un ácido graso desde el extremo carboxilo. En

Grasos, degradación de ácidos

cada vuelta del ciclo se eliminan dos átomos de carbono como acetil-CoA y se oxida el átomo de carbono (í: HS-CoA R-CH.CH -CO-SCoA > R-CO-CoA + CH 3 -CO-COA La Fig. 1 muestra «la espiral de los ácidos grasos». La reacción inicial es la activación del

ácido graso a acil-CoA por una acil-CoA sintetasa (EC 6.2.1.3), proceso que requiere ATP: R-CH 2 CHj-COOH + ATP + HS-CoA - > R - C H ^ C H ^ C O SCoA + A M P + P P . El acetil-CoA se reduce por la acil-CoA deshidrogenasa (EC 1.3.99.3), enzima que contiene FAD, a 2,3-deshidroacil-CoA. Este compuesto es hidratado después, oxidado a 3-cetoacil-CoA y tiolizado a acetil-CoA y un acil-CoA

Acil-CoA deshidrogenasa (EC 1.3.99.3) CHS(CH2)„CH2CH, CO-SCOA

Acll-coenzimaA FAD

FADHj

CH S (CH¡)„ C H = C H C O — S C O A

A2-/rans-Enoii-coenz¡maA

Enoi-CoA tiidratasa (EC 4.2.1.17) Acetil-CoA aciltransferasa (EC 2.3.1.16) CHj(CH;)„CHOHCH;CO-SCoA

L-3-Hidroxiacii-coenzimaA

CHJ(CH2)„COCH2CO-SCOA

HSCOA

3-Cetoacil-coenzima A

coenzima A

3-Hidroxiacil-CoA deshidrogenasa (EC 1.1.1.35) Butiril-CoA leshidrogenasa (EC 1.3.99.2)

CHJCHJCHJCO-SCOA

Butiril-coenzimaA FADH;

CH3CO-SCOA

CHjCO-SCo A

|Acetil-coenzimaA ]

Acetil-coenzimaA~|

Acetil-CoA acetiltransferasa

(EC 2.3.1.9)

CHjCH=CHCO-SCoA

Crotonil-coenzima A

HSCOA

CHJCOCHJCO-SCOA

Enoil-CoA hidratasa ' (EC 4.2.1.17)

NADH+H+

Acetoacetil-coenzimaA

NAO*

CH,CHOHCH¡ C O - S C o A

L-3-Hidroxibutiril-coenzimaA

Figura 1. Espiral de los ácidos grasos. En la degradación de ácidos grasos de número impar, la última etapa produce acetil-CoA y propionil-CoA. Hay tres rutas diferentes para el metabolismo posterior del propionil-CoA (Fig. 2). a) En la ruta del metilmalonilo, el propionil-CoA se convierte en metilmalonil-CoA por una carboxilación ATP-dependiente. La 5-metilmaIonil-CoA mutasa (EC 5.4.99.2), enzima que requiere cobamida, convierte el metilmalonilCoA en succinil-CoA). b) En la ruta del lactato, el propionil-CoA se deshidrogena a acrilil-CoA. La a hidratación produce L-lactil-CoA, que se hidroliza a lactato. c) En la tercera ruta, que se produce en mitocondrias de plantas, el acrilil-CoA se hidrata a 3-hidroxipropionil-CoA, el cual se desacila y oxida a semialdehído de ácido malónico. Este compuesto se convierte en acetil-CoA, directamente por descarboxilación oxidativa, o indirectamente vía malonil-CoA. 401

Grasos, degradación de ácidos CH3CH2CO—SCoA I Propionil coenzima A | •AoC—CH—CO—SCoA

I

CHa=CHCO—SCoA Acrilil-CoA

CH3 Metilmalonil-CoA

ÍH^5^

^h20 CH3— HCOH — CO—SCoA L-Lactil-CoA

H0CH2— CH2— CO— SCOA p-Hidroxipropionil-CoA

CH3—HCOH—CO—SCoA D-Lactil-CoA h20

HSCoA-«-'!

HjO

J

^bOC—CH2—CH2—CO—5CoA Succinil-CoA

NADP®^v

HOCH2— CH2— COCP

CHO—CH¡—CO-SCQA

HSCcÁ

H,0 -

NADF*® NAtf" CH3-HCOH-COCP NADPH-rf8'"' NADH+ífí^ HSCoA'*' L-Lactato %OC—CH2—CH2—COO® CH3—HCOH—CCXPlI CH0-CH 2 -C0CP ^30C-CH2—CO-SCoA D-Lactato 11 Malonato Malonil-CoA semialdehldo ^»•nadh*h NAD® HSCoA CH,—CO—COO® NASHHÍ

Piruvato

CH3-CO—SCoA

HSCoA

naSH*^

I

Acetil-CoA

Figura 2. Degradación del propionil-coenzima

A.

Acido graso R-COOH HSCoA+ATP AM P+PP¡ Acil-CoA

I I

CH-O-CO-R ch2

COO" Figura 3. Papel de la carnitina en el transporte de ácidos grasos de cadena larga a través de la membrana mitocondrial interna. La carnitina-acilcarnitina translocasa es un sistema de transporte de intercambio, integral de la membrana. Las carnitina aciltransferasas I y II están situadas sobre las superficies externa e interna, respectivamente, de la membrana mitocondrial interna. [S.V. Pande & R. Parvin in R.A. Frenkel & J.D. McGarry, eds., Carnitine Biosynthesis, Metabolism and Functions (Academic Press, New York, 1980)]. que es dos átomos de carbono más corto que el o r i g i n a l . E l n u e v o a c i l - C o A es s o m e t i d o inmediatamente a P-oxidación. Así, cada vuelta de «la espiral de los ácidos grasos» produce una molécula de acetil-CoA que se oxida después en 402

el c i c l o T C A . L a o x i d a c i ó n c o m p l e t a de 1 m o l é c u l a de á c i d o e s t e á r i c o p r o d u c e 148 moléculas de ATP (C 18 producen 9 moléculas de acetil-CoA; 1 acetil-CoA produce 12 moléculas de ATP en el ciclo TCA; y en cada una de las 8

Grupos sanguíneos, antígenos de los

etapas de la (i-oxidación se producen 5 moléculas de ATP). La energía almacenada en los enlaces fosfato terminales de las 148 moléculas de ATP es equivalente al 50% del calor de combustión del ácido graso. La degradación de ácidos grasos ramificados se realiza por varias rutas. Algunos de ellos se producen en el metabolismo de aminoácidos ramificados (véase Leucina). Los ácidos grasos de cadena corta se convierten en sus derivados acilo graso en las mitocondrias, pero los de cadena larga sólo se pueden activar en el retículo endoplásmico y en la membrana mitocondrial externa. Los acil-CoA de cadena larga no pueden atravesar la membrana mitocondrial interna y deben ser transportados al interior de la mitocondria como acil-Carnitina (Fig. 3). Se produce a-oxidación de ácidos grasos en semillas en germinación. Una ácido graso peroxidasa (EC 1.11.1.3) cataliza la descarboxilación y formación simultánea de un aldehido, reacción en la que H ^ es el aceptor de hidrógeno. El aldehido se puede oxidar a ácido graso o reducirse a alcohol graso. R-CHOH-COO" —» R-CO-COO" —> R-COO" +C0 2 La co-oxidación es la oxidación del grupo metilo terminal de un ácido graso por enzimas de la fracción microsomal de células animales y microbianas. El sustrato es normalmente un ácido graso de Cg a C ]2 , que se convierte en el ácido dicarboxílico en dos etapas. La primera es la hidroxilación aco-hidroxiácido graso que requiere oxígeno y NADPH. La segunda etapa está catalizada por una enzima no microsomal, soluble, generalmente NAD+-dependiente. GRH: véase Hormonas liberadoras. Griseína (Grísein): antibiótico que contiene hierro sintetizado por Streptomyces griseus. Es un polipéptido cíclico que contiene citosina. Los iones hierro están fuertemente unidos en complejos hidroxamato-hierro(m). La G. tiene los mismos grupos funcionales que la Albomicina (véase) y, como ella, es una sideromicina. Fue aislada por primera vez, en 1947, por Reynolds y Waksman. Es especialmente eficaz contra bacterias Gram-negativas, pero no es eficaz contra hongos. Griseofulvina (Griseofulvin): agente antifungico sintetizado porPenicillium griseofulvi. Es un policétido sintetizado a partir de una molécula de acetil-CoA y 6 moléculas de malonil-CoA (Hg.).

1 CH3-CO~CoA +6CH2-C0~COA 0H CH 3 Derivado de benzoíenona

C00H OCH,

OCH 3

>=0H3CO'

Biosíntesis de

C\

00

MC—CH,

HjCO'

Radical de griseofulvina A

?CHa

O

L / c=c x H

Griseofulvina

griseofulvina.

Grupo determinante (Determinant group): véase Antígenos. Grupo prostético (Prosthetic group): grupos no proteogénicos, de Mr baja, presentes en las proteínas conjugadas. En una enzima, un G.p. es un grupo catalíticamente activo unido a la proteína de la enzima (apoenzima), por lo que, en sentido amplio, los G.p. son Coenzimas (véase), aunque muchos autores hacen la distinción clara de que los G.p. están unidos por enlaces covalentes (p.ej. hemo, biotina, fosfopanteteína) mientras que las coenzimas son disociables y se pueden separar por diálisis (p.ej., fosfato de piridoxal). Las flavinas (FAD y FMN) de las flavoproteínas y las flavoenzimas se suelen considerar G.p. Grupos sanguíneos, antígenos de los (Blood group antigens): estructuras oligosacarídicas específicas unidas a glicoproteínas de las membranas de las células sanguíneas, reconocidas como antígenos por el sistema inmunológico de otros individuos u organismos. En los eritrocitos están unidos a la proteína glicoforina y, en otras partes del cuerpo a proteínas o a lípidos. En el hombre se han identificado cinco sistemas de antígenos: ABO, MN, P, rhesus (Rh) y Lhuteran. Sólo los sistemas ABO y Rh afectan las transfusiones de sangre entre humanos; los otros sistemas se han identificado utilizando anticuerpos contra sangre humana. Las diferencias estructurales entre los oligosacáridos ABO se muestran en la Fig. 1. La base genética de estos grupos son tres alelos de un gen que codifica la síntesis de una glicosiltransferasa. En los individuos de tipo A, la enzima transfiere N-acetilgalactosamina al extremo terminal de las cadenas oligosacáridas, mientras que en los individuos de tipo B, la enzima es específica para galactosa. El alelo del grupo O 403

Grupo sulfhidrilo El enlace es 1 - » 3 en las cadenas del tipo 1 4 en las cadenas del tipo 2

Terminal tipo A El tipo B tiene aquí a-Gal; el tipo O no tiene nada

i:

p

a-GaiNAc (1 -> 3) fl-Gal (1 -> 3,4) p-GIcNAc-

a-L-Fuc

ia-L-Fuc

Ausente en el tipo Le*. No hay fucosa en el tipo I.

Presente en los tipos Le» y Le*,

Figura 1. Extremos de las cadenas oligosacáridas de individuos con diferentes tipos sanguíneos.

parece producir una enzima inactiva. Otro gen, el gen H, codifica una fucosiltransferasa que coloca una L-fucosa en el oligosacárido. Cuando el gen H está inactivo, el individuo tiene el tipo raro de sangre I, y si tiene un gen Le activo, que codifica una enzima que añade fucosa a la N-a.cetilglucosamina tiene el tipo Le". Los individuos con los genes H y Le activos tienen el tipo Le". (Le por factor Lewis). El 80% aproximadamente de la población tiene un gen activo Se (de secreción), y segregan glicoproteínas con las sustancias de los grupos sanguíneos a la saliva y otros fluidos corporales. La estructura de la fracción glicídica de dicha glicoproteína se muestra en la Fig. 2.

Gua: véase Guanina. Guanidina (Guanidine): véase derivados de Guanidina. Guanidina, derivados de (Guanidine derivatives): compuestos que contienen un grupo guanidina fuertemente básico (Fig. 1). La guanidina, H2N-C(= NH)-NH2 sólo se encuentra libre en unas pocas plantas. El grupo guanidino se sintetiza de novo durante la biosíntesis de arginina (véase ciclo de la Urea); otras G. se forman por Transamidinación (véase) a partir de arginina (Fig. 2). La L-arginina y el ácido y-guanidobutírico se encuentran probablemente en todos los organismos vivos. Algunos D.g. se encuentran sólo en plantas, p.ej., L-Canavanina y Galegina (véanse); otros D.g., como los Fosfágenos (véase), sólo se encuentran en animales. El D.g. estreptidina es un componente del antibiótico estreptomicina. Los D.g. son degradados por varias enzimas: 1. La transamidinasa actúa como enzima catabòlica si el D.g. se degrada después por otras enzimas y el compuesto amino resultante es catabolizado (Fig. 3); 2. La arginasa y heteroarginasa catalizan la hidrólisis de D.g. produciendo urea. La arginasa (L-arginino-ureohidrolasa) escinde L-arginina, L-canavanina y y-hidroxiarginina, y probablemente se presenta en formas isoenzimáticas con actividad heteroarginasa. Las heteroarginasas difieren de la arginasa clásica respecto a la

a-Fuc

a-Fuc

0-"2)

Proteína

,(1->3)„ i'1""4'

»p-Gal

»p-GIcNAc

B-Gal

(1-4)

• ' * p-GlcNAc5

*0-Gal!

i GalNAc - 0 - C H 2 -

tn-4)

td-6)

ip-GlcNAc (j-GIcNAc

p-GIcNAc

t'^3) fCI—3) °'"" P-Sol , UC

|(l->3) P-Gol

Senna o i Treonma proteína

Figura 2. Estructura del componente glicídico de la glicoproteína Leh de la sangre humana. GlcNAc = /V-acetil-D-glucosaminilo; GalNAc = N-acetil-D-galactosaminilo; Gal = D-galactosilo; Fue = Lfucosilo.

Grupo sulfhidrilo (Sulfliydryl group): véase Grupo tiol. GTF: abrev. de factor de tolerancia a la Glucosa. Véase Cromo. GTP: véase Transaminasas. GTP: abrev. de 5'-trifosfato de guanosina, véase fosfatos de Guanosina. 404

especificidad de sustrato; escinden D.g. de cadenas de menos de C6, p.ej., ácido y-guanidobutírico y muestran una especificidad más amplia, escindiendo ciertos D.g. especiales, p.ej., ácido y-guanidobutírico (también escindido por la y-guanidobutirasa de Streptomyces griseus), arcaína, agmatina y estreptomicina.

Guanina

NH2 HN=C^

NH2

NH-R, N(R,)(R2) HN = CX HN = C^

HN=C X NH-R

N(R)(Rt)

NH-R

NH—R

Figura 1. Tipos de compuestos de guanidina.

• Ácido-y-guanidinobutírico Y-Guanidino butiramida

Ácido a-ceto-5-guanidinovalérico Estreptidina Hinjdonina Galegina u.a.

Octopina TA

A

r g i n i n a

f

-C0 2

—

Proteínas

TA

-nh 3

Fosfágenos

Argininosuccinato

-Agmatina

Urea

i

Carbamilputrescina

Citrulina

i

* Putrescina

Figura 2. Destino metabòlico de la arginino. TA = transamidinación.

L-Arginina C O , ^

|

Orn

Arg

Agmatina

TA

-Arcaína

Orn

-co 2 + NH3

Urea

TA Arg Putrescina Ácido r-amlnobutí rico

I

Arg

Orn Ácido y-guanidinobutírico

Degradación vía ciclo de los ácidos trícarboxílicos

Figura 3. Degradación de arginina en un hongo. TA = Transamidinación, Arg = L-arginina, Orn = Lornitina. La arginina descarboxioxidasa, descrita hasta ahora solo en Streptomyces griseus y en el caracol de agua dulce (Limnaea stagnalis), degrada arginina a y-guanidobutiramida, canavanina a P-guanido-oxipropionamida, y homoarginina a 5-guanidovaleramida. En bacterias se han encontrado otras reacciones para la degradación de L-canavanina. Guanílico, ácido (Guanylic acid): véase fosfatos de Guanosina.

Guanina (Guanine), 2-amino-6-hidroxipurina, abrev. G. o Gua: una de las cuatro bases de los ácidos nucleicos. Mr 151,13, p.f. 360°C (d). Es también componente de las coenzimas nucleotídicas y el material inicial para la biosíntesis de muchos productos naturales, incluyendo pterinas y las vitaminas ácido fólico y riboflavina. La G. libre es rara en la naturaleza. Fue descubierta en 1844 en el guano peruano. Es el compuesto de excreción de nitrógeno de las 405

Guanosina

arañas. La G. se desamina a xantina por la guanina desaminasa (EC 3.5.4.3.), en la primera etapa de la degradación de purinas. OH

í^l 2

N H

Guanina Guanosina (Guanosine), abrev. Guo: 9-P-Dribofuranosilguanina, un nucleósido p-glicosídico que contiene D-ribosa y guanina. M¡ 283,2 p.f. 237-240°C, [tx]£5 -72° (c = 1,4; NaOH 0,1 M). Los fosfatos de Guanosina (véase) desempeñan un importante papel en el metabolismo de todos los organismos. Guanosina, azúcares de difosfato de (Guanosine diphosphate sugars), abrev. GDP-azúcares: formas activadas de difosfato de guanosina de varios azúcares. Su síntesis es análoga a la de otros azúcares de difosfatos de Nucleósido (véase), es decir, condensación de un azúcar fosforilado en C 1 con trifosfato de guanosina y liberación de pirofosfato. El difosfato de guanosina y mañosa es de especial importancia; la glucosa, fucosa y ramnosa también se encuentran como derivados de GDP. Guanosina, fosfatos de (Guanosine phosphates): ésteres fosfóricos de guanosina. Son nucleótidos de gran importancia en el metabolismo. Los derivados biológicamente importantes son los que están esterificados en el C 5'de la ribosa. Según el componente ácido fosfórico, se clasifican como mono-, di-, y trifosfatos de guanosina. 1. El 5'-monofosfato de guanosina, abrev. GMP, ácido guanílico, Ai 363,2, p.f. 190200°C (d), se sintetiza en la ruta de las purinas a partir de monofosfato de xantosina y es el producto inicial para la síntesis de otros fosfatos de guanosina. Se usa como potenciador del sabor y como sustancia aromática, y se extrae de ácidos nucleicos de levaduras o se produce en gran escala con mutantes de ciertos microorganismos, como Corynebacterium glutamicum. 2. El 5'-difosfato de guanosina, abrev. GDP, A/ 443,2, se sintetiza por fosforilación del GMP por acción de una quinasa o por desfosforilación del

406

trifosfato de guanosina. Ciertos azúcares, p.ej. mañosa, se activan por unión al GDP (véase azúcares de difosfatos de Nucleósidos). 3. El 5'-trifosfato de guanosina, abrev. GTP, Mr 523,2, como el trifosfato de adenosina, puede proporcionar energía para reacciones bioquímicas. La energía liberada por la deshidrogenación del a-cetoglutarato (2-oxoglutarato) en el ciclo TCA (véase) fluye al sistema GDP/GTP, del que se puede transferir al sistema ADP/ATP. El GTP también proporciona el grupo fosfato para la síntesis de fosfoe/io/piruvato a partir de oxalacetato durante la gluconeogénesis. El GTP es una importante fuente de energía en la biosíntesis de Proteínas (véase). 4. El 5 '-monofosfato de guanosina cíclico, abrev. ciclo-GMP, cGMP, M¡ 345,2 es un análogo estructural del 3',5'-monofosfato de adenosina cíclico (véase fosfatos de Adenosina) que se encuentra en muchos tejidos a concentraciones similares. Se sintetiza por una guanilato ciclasa altamente específica para GTP. La importancia biológica del sistema cGMP-guanilato ciclasa radica en que media la acción de ciertas hormonas y transmisores neurohumorales, como acetilcolina, prostaglandinas e histamina. Guanosina, 3',5'-monofosfato cíclico de (Cyclic guanosine 3',5'-monophosphate): véase fosfatos de Guanosina. (+)-Guiburtacacidina ((+)-Guibourtacacidin): 7,4'-dihidroxiflavano-3,4-diol, véase Leucoantocianidinas. Guisante enano, test del (Dwarf pea test): véase Giberelinas. Guo: abrev. de Guanosina. Guta (Gutta): politerpeno similar al caucho de unas 100 unidades de isopreno en las que los dobles enlaces están en configuración trans (véase Politerpenos, Fig.). Se produce en la península de Malasia y las islas de Indonesia a partir del látex de Palaquium gutta. Es menos elástica que el caucho, pero más resistente a los agentes químicos y ambientales (material aislante). Según su origen, se encuentra mezclada con otros terpenos. La mezcla con resinas se denomina gutapercha y con alcoholes triterpénicos chicle (producto inicial para la fabricación de la goma de mascar). Guvacina (Guvacine): véase alcaloides de Palma. Guvacolina (Guvacoline): véase alcaloides de Palma.

H Hachís (Hashish): resina seca de los pelos glandulares de la planta hembra del cáñamo (Cannabis sativa L.). Contiene 2-8% del agente psicoactivo A3-tetrahidrocanabinol, por lo que es uno de los Narcóticos (véase) más comunes. La marihuana, término que a veces se utiliza como sinónimo de hachís, consiste en las puntas de los brotes del cáñamo hembra cortados y secos, y contiene 0,5-2% de AMetrahidrocanabinol. Ambas drogas se han usado durante milenios en la medicina tradicional por su acción estupefaciente, y en la actualidad son, junto con el alcohol, las drogas más usadas, estimándose el número de consumidores en unos 300 millones. Se fuman solas o mezcladas con tabaco en cigarrillos (canutos) o pipas. El contenido de A'-tetrahidrocanabinol y de los compuestos no psicotrópicos estructuralmente relacionados, (p.ej., canabinol [p.f. 76-77°C], canabidiol y ácido canabidiólico) varía considerablemente, de forma que el H. obtenido del cáñamo europeo tiene menos A'-tetrahidrocanabinol y mucho más canabidiol y ácido canabidiólico que el del cultivado en los trópicos. Haginina A (Haginin A): 7,4'-dihidroxi-2'-3'dimetoxiisoflav-3-eno, véase Isoflav-3-eno. Haginina B (Haginin B): 7,4'-dihidroxi-2'metoxiisofIav-3-eno, véase Isoflav-3-eno. Halopsina (Haloopsin): véase Bacteriorrodopsina. D-Hamamelosa (D-Hamamelose): monosacárido de cadena ramificada, p.f. 111°C, [a]^1 -7,1 ° (agua). Se encuentra en algunas plantas superiores, p.ej., en la corteza de hamamelis (olmo escocés). Su biosíntesis, similar a la de la apiosa, implica una reordenación intramolecular de una hexosa no ramificada. Hanes-Wilkinson, gráfica de (Hanes-Wilkinson plot): véase evaluación de los Datos cinéticos. Haptenos (Haptens): antígenos parciales o incompletos, que pueden ser moléculas química-

mente definidas, p.ej., dinitrofenol, o parte de un antígeno. Se unen a los correspondientes anticuerpos, pero no actúan como antígenos por sí mismos. Se convierten en antígenos capaces de producir la respuesta inmune cuando se unen a una proteína transportadora. Tras la introducción parenteral del H., el organismo produce dos anticuerpos específicos, uno contra la proteína y otro contra el H. ligado (anticuerpos específicos contra el hapteno). Los semi-haptenos producen reacción antígeno-anticuerpo, pero no precipitación. Uno de los H. más eficaces es el denominado hapteno de Forsman, un glicolípido. Químicamente, el H. de Forsman de los órganos de los mamíferos (p.ej., de caballo) es una pentahexosilceramida cuya cadena azucarada tiene la siguiente secuencia: ALacetil-a-galactosaminil-/Vacetil-p-galactosaminil(l-3)-[galactosil-(l-4)] 2 glucosil ceramida. La eliminación del grupo GalNAc terminal destruye la antigenicidad de Forsman. El antígeno de Forsman, compuesto por el H. de Forsman y una proteína específica, induce la formación de hemolisina. Haptoglobina (Haptoglobin), abrev. Hp: a 2 glicoproteína àcida plasmática, que se une específicamente a la oxihemoglobina libre del plasma formando un complejo de Af 310.000, que los ríñones no pueden filtrar; esta unión produce un cambio conformacional en la hemoglobina que facilita que la hemo a-meteniloxigenasa del hígado elimine el anillo de porfirina del hemo; después, la globina se degrada por la acción de proteasa similar a la tripsina de la cadena P de la Hp. Es un tetràmero formado por dos pares de cadenas no equivalentes, 2 oc y 2 p, unidas entre sí por puentes disulfuro. Se conocen tres variantes genéticas de la Hp humana, las Hp 1 -1,2-2 y 2-1, que difieren en sus patrones electroforéticos. La Hp 1-1 da lugar a una sola banda, mientras que la 407

Har

2-2 y la 2-1 producen varias bandas discretas, hasta 14, que representan diferentes oligómeros estables del monómero (una cadena p, una a , y una a 2 en la Hp 2-1 y una (J y una oc2 en la Hp 22). La Ai del monómero de Hp 2-2 es 57.300. La heterogeneidad se debe a la existencia de dos tipos diferentes de cadenas a , las a ( y a 2 . La a , está formada por 82 aminoácidos (Ai 9.000), mientras que la a 2 es casi el doble, Ai 17.300 y 142 aminoácidos. Los estudios de la secuencia de las dos cadenas muestran que la cadena oc2, que se encuentra sólo en las Hp 2-2 y Hp 2-1 humanas, está formada por la unión de 71 aminoácidos de cada uno de los extremos C terminal y N terminal de la cadena a r La cadena a 2 es el producto de un segundo alelo autosómico, es decir, existe un par de genes homólogos que se originaron a partir del gen estructural de la cadena a , por sobrecruzamiento desigual. La cadena p, la mayor y la que lleva los glícidos (Ai 40.000, sin glícidos 35.000), es del mismo tamaño en los tres tipos de Hp. Ai de Hp 1-1 (2a, + 2P), 98.000; 20% de glícidos; PI a pH 4, ya que el 19% de los aminoácidos son aspartato o glutamato. Ai del componente principal de la Hp 2-2 (a 2 + p)2 114.000. Las Ai de los polímeros de Hp 2-2 son múltiplos pares e impares del monómero (a 2 + P)n, con n entre 2 y 14.

ocasionalmente en medicina contra la encefalitis y la enfermedad de Parkinson. Algunos pueden producir alucinaciones e intoxicaciones. Harmalina (Harmaline): véase Harmala. Harmina (Harmine): véase Harmala. Hatch-Slack-Kortschak, ciclo de (HatchSlack-Kortschak cycle), abrev. ciclo HSK, ciclo de los ácidos C.: ciclo de asimilación de carbono 4 de las Plantas C4 y del Metabolismo ácido de las crasuláceas (véanse) (Fig.). La primera enzima del ciclo es la fosfoeno/piruvato carboxilasa (1), que carboxila el PEP a oxalacetato (Fig.), el cual se reduce a L-malato por la malato deshidrogenasa NADP-dependiente (2). Las plantas C 4 tienen concentraciones elevadas de (1) y (2) en sus células mesófilas, las cuales exportan L-malato a las células de los haces vasculares, donde se descarboxila oxidativamente (3) a piruvato. En estas células, el C 0 2 liberado se utiliza eficientemente en las reacciones del ciclo de Calvin. El piruvato vuelve a las células mesófilas, donde se reconvierte en PEP por la piruvato ortofosfato diquinasa (4): piruvato + ATP + P. PEP + AMP + PP. [C.C. BlackAnn. Rev. Plant Physiol. 24 (1973) 253-286],

Por las homologías de secuencia entre la cadena a de la Hp y las inmunoglobulinas, parece que la Hp es un anticuerpo natural preformado contra la hemoglobina. Har: abrev. de Homoarginina. Harden-Young, éster de (Harden-Young ester): véase 1,6-difosfato de Fructosa. Harmala, alcaloides de (Harman alkaloids): grupo de alcaloides indólicos con un esqueleto de P-carbolina. Se biosintetizan a partir de triptófano y un componente carbonílico; la misma reacción se realiza in vitro en condiciones que simulan las de la célula. La ubicuidad de los precursores y la facilidad de su síntesis hacen que se encuentren A.h. en muchos grupos diferentes de plantas. Los principales son harmina, Ai. 212,25, p.f. 262°C y harmala, p.f. 237-238°C (Fig.); 3,4-dihidroharmina (harmalina), p.f. 229231°C y 1,2,3,4-tetrahidroharmina. Se utilizan

NADPH+H +

Harmala: R = H Harmina: R = OCH,

408

Células mesófilas

COOH HCO," COOH I _ l I C—0' • c=o¥ T I ch2 h2po; ch2 © COOH

NADP + COOH I H2po-4 \COOH H—C—OH I C=0 CH, I I CH3 COOH "t Células COOH NADPH + H+ NADP+ COOH de los haces I

fc.

®

vasculares C = 0 < — CH3 C02 *

Ciclo de Calvin

/J

I

H-C-OH CH; I OOH C

Hb: abrev. de Hemoglobina. HbS: abrev. de Hemoglobina de las células falciformes. hCG: abrev. de Gonadotropina coriónica humana, igual a Gonadotropina coriónica. Hcy: abrev. de Homocisteína. HDL: véase Lipoproteínas. Hebra codogénica (Codogenic strand): hebra de un DNA de doble hélice de la que se transcribe la información genética en RNA. La otra hebra, complementaria, sirve solamente para preservar

Hemiterpenos

la información en la replicación semiconservativa. En algunos virus y bacterias, pueden ser codogénicas secciones alternantes de ambas hebras. Hebra maestra (Master strand): véase Hebra codogénica. Heidelberger, curva de (Heidelberger curve): véase curva de Precipitación. Heinz, cuerpos de (Heinz bodies): inclusiones irregulares, retráctiles, que se encuentran unidas a la superficie interior de la membrana de los eritrocitos. Tienen hasta 3 (im de diámetro y se tiñen con colorantes vitales; sin teñir, se detectan por su autofluorescencia verde. Son agregados insolubles de hemoglobina degradada mezclada con fragmentos de lípidos y otras proteínas. Algunos autores afirman que la formación de C.H. necesita la producción inicial de metahemoglobina, aunque esto se contradice con la observación de que algunas drogas productoras de C.H. no producen un incremento mensurable de m e t a h e m o g l o b i n a . A l g u n a s drogas y contaminantes medioambientales que también causan anemia hemolítica, p.ej., fenilhidracina, 0-metil-, O.N-dimetil y trimetilhidroxilamina, promueven la formación de estos cuerpos. [H. Martin et al. Klin. Wochenscher. 42 (1964) 725731; G. Rentsch Biochem. Pharmacol. 17 (1968) 423-427; E. Beutler Pharmacol. Rev. 21 (1969) 73-103; C.C. Winterbourn & R.W. Carrell Brit. J. Haematol. 25 (1973) 585-592], Heliangina (Heliangin): una sesquilactona, el primer inhibidor del crecimiento de las plantas aislado en las hojas de la alcachofa de Jerusalén (Helianthus tuberosus). Es antagonista de la g i b e r e l i n a e inhibe el c r e c i m i e n t o de los coleoptilos de avena, aunque estimula el crecimiento de la raíz de las judías (Phaseolus spp.). Helicasa (Swivelase): una topoisomerasa tipo I. Véase Topoisomerasas. Hélice (Helix): ordenamiento en espiral de un compuesto biopolimérico, p.ej., almidón, algunas proteínas y DNA (véase ácido Desoxirribonucleico, Fig.). Helmintosporal (Helminthosporal): producto natural de los hongos fitopatogénicos Helminthosporium sativum (sin. Bipolaris sarokiniana, Shoemaker), que tiene en las plantas un efecto fisiológico similar al de las giberelinas. Helvólico, ácido (Helvolic acid): antibiótico triterpenotetracíclico, Afr 568,7, p.f. 215°C. Difiere estructuralmente del ácido Fusídico (véase) por tener una función A'-3,6-diceto y otra

7a-acetoxi, y carecer del grupo lla-hidroxilo. Lo producen el hongo Aspergillus fumigatus y especies relacionadas, y es eficaz frente a microorganismos Gram-positivos, como el ácido fusídico y la cefalosporina P , antibióticos triterpénicos relacionados estructuralmente. Hemaglutinación (Hemagglutination) véase Aglutinación. Hemaglutinación pasiva (Passive hemagglutination): véase Aglutinación. Hemaglutininas (Hemagglutinins): véase Inmunoglobulinas. Hemeritrina (Hemerythrin): cromoproteína de color rojo oscuro que contiene hierro pero no porfirina. Transporta oxígeno y actúa como pigmento respiratorio en las células sanguíneas de algunos invertebrados marinos, p.ej., gusanos sipunculoideos, poliquetos y Brachiopoda. La más ampliamente estudiada es la de los gusanos sipunculoideos. Es un octámero de M r 108.000, de cuya subunidad (Ai 13.500,113 aminoácidos) se conoce la estructura primaria. El hierro (2 Fe2+/ cadena o 16 Fe 2+ /H) y el oxígeno (1 0 2 /cadena) se unen directamente a la proteína. Hemicelulosas (Hemicelluloses): complejos de polisacáridos de A/ alta, compuestos por aldosas, que se encuentran en las partes leñosas de las plantas junto a la celulosa. Consisten en residuos de pentosas y hexosas unidos por enlaces (J-1,4, y a menudo contienen también ácido urónico. Son insolubles en agua pero solubles en álcalis diluidos. Son compuestos estructurales y a veces sirven como sustancias de reserva; los seres humanos y los animales no las pueden digerir. Son H. importantes los arabanos, xilanos, glucanos, galactanos, fructanos y mananos. Hemicolinio (Hemicholinium): véase Acetilcolina. Hemisustancias (Hemisubstances): véase Pared celular. Hemiterpenos (Hemiterpenes): terpenos compuestos por una única unidad de isopreno (C5H8). Hay pocos H„ siendo el más importante

H7C

H

H

C— C-^CHa-^O—PP

H3C Pirofosfato d e ¡sopentenilo

H2Q >

C—CH=CH

2

H3C Isopreno

Formación de isopreno a partir de pirofosfato de isopentenilo. 409

Hemo

el isopreno, que se forma a partir de pirofosfato de isopentenilo (isopreno «activo») por eliminación del pirofosfato (Fig.). Hemo (Heme): 1. metaloporfirina que actúa como grupo prostético de una hemoproteína, p.ej., citocromo, hemoglobina, nitrito reductasa, etc. El átomo de hierro está unido coordinadamente a los cuatro átomos de nitrógeno pirrólicos del anillo de porfirina. La biosíntesis de ferroporfirina se inicia a partir de protoporfirina IX (véase Porfirinas). El hierro se añade por acción de la ferroquelatasa (E.C.4.99.1.1) (Fig.). Véanse Protohemo, Clorocruorohemo, Sirohemo. 2. Complejo de hierro en el que el componente orgánico no es una porfirina, sino una estructura tetrapirrólica relacionada, p.ej., verdohemo, hemo de biliverdina. 3. Complejo de hierro de una clorina (véase). Hemo a: grupo prostético de los citocromos a/a y OH CH,

C H — C H , — C H , 4 C H = C — CHJ-L-H J

Vi"). No hay diferencias importantes en las conformaciones de la HbS y la hemoglobina normal. La desoxiHbS sufre autoasociación y forma una fase cristalina líquida, que hace que los eritrocitos adopten forma de hoz. En esta fase, los monómeros de desoxiHbS están en equilibrio con los polímeros, los cuales consisten en 6-8 cadenas helicoidales de desoxiHbS colocadas una al lado de la otra, adoptando una forma tubular de 140148 Á. La deformación de los eritrocitos, que adoptan forma falciforme, produce su agregación y disminución de la circulación sanguínea. Los síntomas clínicos son anemia e isquemia aguda, infarto tisular y fallo crónico de la función orgánica. Los portadores heterocigóticos, condición denominada «carácter de células falciformes», pueden no presentar efectos clínicos 416

serios; incluso puede no reconocerse, aunque puede producirse la deformación y agregación de los eritrocitos cuando el individuo está sometido a condiciones anormales de tensión baja de oxígeno. Por ello, debe investigarse si los negroides aspirantes a pilotos aéreos son portadores de la enfermedad. Los individuos homocigóticos mueren por anemia hemolítica extensiva. Hemoglobinopatía (Hemoglobinopathy): anormalidad hereditaria en la estructura de la hemoglobina, que generalmente consiste en la sustitución de un único aminoácido en las cadenas a o p, como resultado de una mutación puntual en el gen a o p, o en la deleción de aminoácidos. Son Errores congénitos del metabolismo (véase). Las Talasemias (véase) también pueden clasificarse como Hs. Muchas hemoglobinas de estructura anormal no tienen importancia clínica; otras pueden tener mayor o menor afinidad por el oxígeno o ser inestables, dando lugar a la formación de cuerpos de Heinz (véase) o de células falciformes, a disminución de la supervivencia de los eritrocitos y anemia hemolítica. Otros defectos funcionales incluyen ausencia de cooperación entre las subunidades, y disminución del efecto Bohr y de la acción del 2,3-difosfoglicerato (véase Hemoglobina). Las principales técnicas de detección de hemoglobinas anormales son electroforesis en gel de almidón y en papel (Fig.), aunque no discriminan todos los mutantes de las hemoglobinas. Los factores que indican la presencia de una hemoglobina anormal son frecuentemente fisiológicos o clínicos, p.ej., afinidad anormal por el oxígeno, inestabilidad, etc. Se deben purificar las cadenas a y P de la hemoglobina sospechosa y analizarlas, mediante técnicas convencionales de análisis de secuencia de proteínas, para identificar el punto de sustitución del aminoácido. La notación de las hemoglobinas anormales (véanse Fig. y Tabla, sección G), consistió al principio en un sistema de iniciales (F = fetal, S = falciforme [sickle], M = metahemoglobina), tras el cual se asignaron letras por orden de descubrimiento. La Tabla no enumera todas las Hs. conocidas y en la literatura científica se citan continuamente nuevos ejemplos. Se conocen unas 350 Hs., de las cuales unas 150 se estudian por E.R. Huehns en Blood and Its Disorders (R.M. Hardisty & D.J. Weatherall, eds.; 2a Ed. Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1982). El International Hemoglobin Information Center publica listas

Hemopexina actualizadas de hemoglobinas anormales en la revista Hemoglobin. Véase también R.G. Schneider «Methods for Detection of Hemoglobin Variants and Hemoglobinopathies in the Routine Clinical Laboratory CRC Critical Review in Clinical Laboratory Sciences (Noviembre, 1978). Hemoglobinas anormales. Los nombres de las hemoglobinas anormales se refieren generalmente a la localidad geográfica en la que se descubrieron por primera vez. El término inestable se aplica a las hemoglobinas asociadas a destrucción acelerada de los eritrocitos in vivo y a precipitación de la hemoglobina in vitro cuando se calienta a 50°C. Para el sistema de numeración de aminoácidos y la comparación con la hemoglobina normal, véase Hemoglobina. Hemopexina (Hemopexin): ß^glicoproteina plasmática de cadena sencilla, Mr 57.000, que se

A. Sustituciones de aminoácidos que afectan al contacto con el grupo hemo. A-l. Hemoglobinas M(M por de Metahemoglobina). El hierro del hemo está oxidado irreversiblemente, es decir, se encuentra en estado Fe(III) de forma permanente, de modo que la metahemoglobina reductasa no puede reducir la metahemoglobina resultante. Se conocen cinco tipos. Sólo sobreviven los heterocigotos. Nombre

Sustitución

Boston

a58(E7)His —> Tyr Siempre en forma desoxi. Afinidad por el 0 2 baja. Cooperati vidad baja. Efecto Bohr disminuido.

Iwate

Igual que la Saskatoon.

a87(F8)His —> Tyr Siempre en forma desoxi. Afinidad por el 0 2 baja. Ausencia de cooperatividad. Ausencia de efecto Bohr.

Tyr F 8

La sustitución de His b'8, que se une al hemo, por Tyr destruye la capacidad del hemo para unirse al oxígeno.

Hyde Park

ß92(F8)His -> Tyr Afinidad por el O, alta. Cooperatividad disminuida. Efecto Bohr normal.

A-2. Otras sustituciones en la región de enlace del hemo. Fort de France

a45(CD3)His Arg

Afinidad por el 0 2 alta.

Hirosaki

a43(CDl)Phe Leu

Inestable.

Torino

a43(CDl)Phe Val

Afinidad por el 0 2 baja.

J Buda

a61(E10)Lys Asn

Afinidad por el 0 2 baja. Ligeramente inestable.

Moabit

a86(F7)Leu -> Arg

Afinidad por el 0 2 baja. Inestable.

Bibba

al36(H19)Leu Pro

Inestable.

Observaciones

Saska|363(E7)His -> Tyr Inestable. Afinidad toon por el 0 2 alta. (= Emory) Cooperatividad disminuida. Efecto Bohr normal. Milwau- ß67(Ell)Val —» kee Glu

His F 8

Hammer- ß42(CD 1 )Phe smith Ser

Afinidad por el 0 2 baja. Inestable. Cooperatividad ligeramente disminuida. Probablemente, la Ser polar permite que entre agua en el bolsillo del hemo.

Zurich

ß63(E7)His Arg

Afinidad por el Oz alta. Inestable. Efecto Bohr normal. Cooperatividad disminuida.

Shepherd's Bush

ß74(E18)Gly —» Asp

Afinidad por el 0 2 alta. Inestable. Efecto Bohr normal. Cooperatividad disminuida. Efecto del 2,3-difosfoglicerol disminuido. 417

Hemopexina Sabine

ß91(F7)Leu -> Pro

Inestable. Grupo hemo ausente.

Richmond

Casper

pi06(G8)Leu Pro

Inestable. Ausencia de grupo hemo.

Kempsey ß99(Gl)Asp —> Asn

Bryn Mawr

ß85(Fl)Phe -> Ser

Afinidad por el 0 2 alta. Inestable.

B. Sustituciones de aminoácidos que afectan al contacto entre las subunidades aty pr

Setif

ßl02(G4)Asn ->Lys

No tiene propiedades anormales. Ausencia de puentes de H entre la Asp(PGl) y la Tyr(aC7). Afinidad por el 0 2 alta. DesoxiHb menos estable.

cx94(Gl)Asp—»Tyr Inestable.

Khartoum

ßl24(H2)Pro Arg

Inestable.

Fannin Lubbock

ßl 19 (GH2)Gly —» Asp

Inestable.

D. Sustituciones de aminoácidos entre cadenas similares.

Madrid

ßll5(G17)Ala Pro

Inestable.

Manitoba al02(G9)Ser Arg

Ligeramente inestable.

San Diego

ßl09(Gll)Val Met

Afinidad por el 0 2 alta.

Jackson

Philly

ß35(Cl)Tyr Phe

Afinidad por el 0 2 alta. Inestable.

al27(H10)Lys —> Asn

No se ha informado de propiedades anormales.

Hemoglobina E

ß26(B8)Glu -> Lys

La afinidad de la HbE purificada por el 0 2 es normal, pero en los eritrocitos de los homocigotos es baja por el aumento del 2,3difosfoglicerato en las células. La afinidad en las células que contienen HbA y HbE (heterocigotos) es normal. Véase sección G.

Surenes

His

Afinidad por el 0 2 alta.

Helsinki

ß82(EF6)Lys -> Met

Afinidad por el 0 2 baja. Efecto Bohr disminuido. El centro de unión del difosfoglicerato es la Lys82.

Altdorf

ßl35(H13)Ala Pro

Afinidad por el 0 2 alta. Inestable.

Syracuse ßl43(H21)His Arg

Afinidad por el 0 2 alta. Efecto Bohr disminuido. La Hisl43 es el centro de unión del difosfoglicerato.

Heathrow ßl03(G5)Phe —» Leu

Afinidad por él 0 2 alta.

Prato

a31(B(12)Arg -)• Ser

No tiene propiedades anormales.

Chiapas

all4(GH2)Pro Arg

No tiene propiedades anormales.

C. Sustituciones de aminoácidos que afectan al contacto entre las subunidades a;y f)2. Hiroshima

418

ßl46(His Cterminal) —> Asp

No se pueden donar los protones Bohr. Afinidad por el 0 2 alta. Efecto Bohr disminuido.

en la

cavidad

E. Sustituciones de aminoácidos en el interior de subunidades. La sustitución de un residuo no polar por otro polar en el interior hidrofóbico, o de un residuo pequeño por otro grande, puede dar lugar a inestabilidad. La inserción de Pro dentro de una hélice produce distorsión (la Pro es «rompehélices») e inestabilidad. Port Phillip

cx91(FG3)Leu Pro

Inestable.

Hemopexina Perth

P32(B14)Leu Pro

dencia esporádica en otros grupos. Los homocigotos muestran síntomas ligeros (¿anemia?) y el término «enfermedad de la hemoglobina D» es probablemente exagerado.

Afinidad por el 0 2 alta. Inestable.

Riverdale-P25(B6)Gly Bronx —> Arg

Inestable. Las hélices B y E están estrechamente empaquetadas en esta región. La Arg es demasiado grande.

F. Deleción de aminoácidos. inestables.

Todas estas Hb son

Freiburg alta.

ß23(B5) Del. Gly

Afinidad por el 0 2

St. Antoine

ß74-75(E18-19) Del. Gly-Leu

Afinidad por el 0 2 normal.

Gun Hill

ß91-95(F7-FG2) Del. Leu-HisCys-Asp-Lys

Se pierden contactos esenciales con el grupo hemo. Las cadenas P no contienen grupo hemo. Anemia hemolítica.

Hemoglobina E

ß26(B8)Glu -> Lys

Véase el apartado B. Es la segunda Hb anormal más común en el mundo, en personas originarias del sudeste de Asia. Los homocigotos presentan anemia ligera.

Hemoglobina J

all5(GH3)Ala —> Asp

Propia de Melanesia (Nuevas Hébridas) y Nueva Guinea. Parece no tener significación patológica.

Hemoglobina

ßl21(GH4) Glu - » Lys

En los heterocigotos con HbS intensifica los efectos de la anemia falciforme. Los homocigotos tienen eritrocitos falciformes, con afinidad por el 0 2 baja. Probablemente se originó en personas no árabes del Egipto presemítico y su reservorio sea sudanés, extendiéndose a través del imperio otomano. También se encuentra en Jamaica, Rumania, Bulgaria y Hungría.

9 G. Sustituciones de aminoácidos en la superficie exterior de la molécula. Hemoglobina C

ß6(A3)Glu

Lys Relativamente común en el oeste de África y en personas originarias de esta zona. Los heterocigotos tienen 30-40% de HbC (+ aproximadamente 60% de HbA) y están sanos. Los homocigotos pueden padecer anemia ligera y su esperanza de vida es normal.

Hemoglobina D

P121(GH4) Glu Gln

Relativamente frecuente entre negros (0,4%), argelinos (2,0%) y sijs del norte y el centro de la India, con inci-

Árabe

Korle Bu ß73(E17) Asp —> Asn

Sólo descrita en una familia del oeste de África. Los homocigotos son normales y no tienen patología alguna.

419

Hemoproteínas

Hemoglobina S (hemoglobina de las células falcifornes). Es la hemoglobina anormal patológica más común. Véase Hemoglobina de las células falciformes.

1

1 , |Gower2 | Gower

1

|c

1

|E.A2 LO

|S |G |F |A

|K | Portland u | Bart s |N

i

Origen

i

i

|I +

Migración electroforética relativa de las hemoglobinas humanas normales y sus variantes, en gel de almidón en tampón Tris-EDTA-borato, pH 8,6. Hemoglobina I es igual que H o (34. La hemoglobina de Bart es la hemoglobina y4.

une al grupo hemo. Contiene 22% de glícidos. A diferencia de la Haptoglobina (véase), no se une a la hemoglobina ni al citocromo c, sino sólo a su grupo prostético hemo. Cien mi de plasma humano contienen 80-100 mg de H. Hemoproteínas (Hemoproteins): cromoproteínas ubicuas que incluyen los pigmentos respiratorios que transportan (véase Hemoglobina, Hemeritrina) y almacenan oxígeno (véase Mioglobina), la catalasa y peroxidasa que reducen los peróxidos, y los citocromos que participan en el transporte de electrones entre las deshidrogenasas y los aceptores terminales. Su grupo prostético, hierro porfirina IX o hemo, está fuertemente unido al componente proteico. Cuatro de los ligandos de hierro están ocupados 420

por el anillo de porfirina, los otros dos se unen a la proteína (por la histidina) y al 0 2 (en las H. respiratorias), o también a la proteína (por Cys, Met, Trp, Lys o Tyr). En el citocromo c, el anillo de porfirina está además unido a la proteína por enlaces covalentes entre los dos grupos SH y los dos grupos vinilo del hemo. Una propiedad característica de las H. en estado reducido (Fell) es que tienen un espectro con tres bandas intensas en el rango visible: 1) la banda a, X m í x 550-565, 2) la banda p, %mis 520-535 y 3) la banda y o de Soret, X máx , 400-415 nm. Hemosiderina (Hemosiderin): proteína de almacenamiento de hierro de los mamíferos, relacionada funcionalmente con la Ferritina (véase). Se deposita en el hígado y en el bazo (hemosiderosis), especialmente en enfermedades asociadas con aumento de la degradación de la sangre, como la anemia perniciosa, con incremento de la resorción del hierro (hemocromatosis), o en las hemorragias. La mayoría de los depósitos están localizados en el hígado, que puede contener hasta 50 g de H., siendo el contenido normal 120-300 mg. La H. del bazo del caballo está formada por 26-34% de Fe(III) y hasta un 35% de proteína (aposiderina); el resto es porfirina octasustituida, mucopolisacáridos y ésteres de ácidos grasos. Heparina (Heparin): mucopolisacárido ácido de los tejidos animales que previene la coagulación de la sangre. Ai aproximada, 16.000. Está formada por D-glucosamina y ácido D-glucurónico a partes iguales, unidos por enlaces a-l,4-glicosídicos, y también contiene residuos de O- y N-sulfatos. Es dextrógira. Por su carácter ácido puede formar sales; el componente proteico efectivo de la sangre se denomina complemento de la heparina. Previene la coagulación de la sangre al impedir la conversión de protrombina en trombina y del fibrinógeno en fibrina. Clínicamente, se aplica parenteralmente para el tratamiento de trombosis, flebitis y embolismo.

Heparina

Hetero trofìa

Heparitina, sulfato de (Heparitin sulfate), sulfato de heparano: éster monosulfato de una heparina acetilada (N-acetil). Tal como se aisla de los tejidos animales (hígado), es probablemente una mezcla de mucopolisacáridos con diversos grados de sulfatación o de acetilación del grupo amino. HEPES, hepes: abrev. del ácido iV-2-hidroxipiperacina-N-2-etanosulfónico, sustancia tampón que se usa en el rango de pH 6,8 a 8,2. Véase Tampones. Heptosas (Heptoses): monosacáridos de 7 átomos de C. La 7-fosfato-D-manoheptulosa y la 7-fosfato-D-pseudoheptulosa son importantes en el metabolismo de los glícidos. Herencia citoplasmàtica (Cytoplasmic inheritance): en la reproducción sexual eucariótica, transferencia de información genética no transportada por los cromosomas del núcleo, sino por portadores genéticos extracromosómicos, p.ej., el DNA mitocondrial y de plastidios. La H.c. no se rige por las leyes de Mendel, y permite la mezcla de factores genéticos citoplasmáticos durante la mitosis. Ciertas mutaciones menores de las levaduras, la propiedad asesina de ciertas cepas dtParamecium y la pigmentación de la hoja en Antirrhinum majus son ejemplos de propiedades transmitidas por H.c. Heroína (Heroin), diacetilmorfina, diamorfina: uno de los narcóticos más peligrosos, p.f. 173°C [ a ] " -166° (metanol). No es muy estable y se descompone en agua hirviendo. Se sintetiza por acetilación de los dos grupos hidroxilo de la morfina con cloruro de acetilo, lo que incrementa seis veces su efecto analgésico. Debido al elevado riesgo de adicción, el uso terapéutico de H. está prohibido eíi la mayoría de los países; sólo en Nueva York, se estima que hay unos 300.000 adictos a la heroína.

Hers, enfermedad de (Hers' disease): véase enfermedad por almacenamiento de Glucógeno.

Hershberg, test de (Hershberg test): véase Esferoides anabólicos. Hesperetina (Hesperetin): 5,7,3'-trihidroxi-4'metoxiflavanona, véase Flavanona. Hesperidina (Hesperidin): 7-rutinósido de hesperetina, glicósido de Flavanona (véase) que representa el 8% del peso seco de la piel de naranja (véase Vitamina P). Heteroauxina (Heteroauxin): véase Auxinas. Heterofagia (Heterophagy): véase Digestión intracelular. Heterogeneidad (Heterogeneity): en las proteínas, término que se refiere a las diferencias existentes en la estructura de una determinada proteína sin cambios en su actividad biológica. Puede ser de origen genético o producirse por modificación parcial, química o enzimàtica. Los cambios químicos incluyen, p.ej., fosforilación de la serina y la treonina en la caseína, o la unión covalente de las cadenas glicídicas en las glicoproteínas. La causa más común de modificación enzimàtica es la proteólisis limitada, que puede producir artefactos. Son ejemplos de H. las pseudoisoenzimas tripsina P (cadena sencilla) y a (cadena doble) y el número erróneo y elevado de subunidades, p.ej., de la hexoquinasa de las levaduras (4 en vez de 2); éstos se producen durante el proceso de aislamiento por proteinasas contaminantes que copurifican junto a la proteína deseada. Las microheterogeneidades son ligeras diferencias en la estructura primaria, limitadas a unos pocos residuos no importantes de la cadena peptídica, o, en las glicoproteínas, ligeras diferencias en el número, longitud y composición de las cadenas de glícido. Heteroglicanos (Heteroglycans): polisacáridos compuestos por dos o más residuos diferentes de glícidos, p.ej., pectinas, mucílagos y gomas vegetales y mucopolisacáridos. Heteropolipéptidos (Heteropolypeptides) : véase Proteinoides. Heterósido (Heteroside): compuesto formado por uno o varios residuos de glícido y otro componente de otra clase, denominado aglicona o genina. Ejemplo de H. son los glicósidos. Heterotrofia (Heterotrophy), nutrición heterotrófica: dependencia nutricional de compuestos orgánicos. En la H. del carbono, se utilizan compuestos de carbono orgánico como fuente de carbono y energía para la síntesis de constituyentes corporales y ATP. El grado de H. 421

HETPP

varía mucho entre los distintos organismos heterótrofos (todos los animales, incluyendo el hombre, y la mayoría de los microorganismos), pudiendo incluir dependencia de aporte externo de aminoácidos esenciales, ácidos grasos y vitaminas. Los Mutantes auxotróficos (véase) tienen unas necesidades nutritivas especiales. El Parasitismo, el Saprofitismo y la Simbiosis (véanse) son formas especiales de alimentación heterotrófíca. Los términos autotrofia y H. no describen suficientemente la amplia variedad de formas de nutrición microbiana, en la que también hay que tener en cuenta la naturaleza de la fuente de carbono y de energía, así como la naturaleza química del agente reductor empleado para la síntesis reductora. Lo opuesto de H. es Autotrofia (véase). HETPP: véase Acetaldehído activo. Hexametonio (Hexamethonium): véase Acetilcolina. Hexestrol (Hexestrol): mesohexestrol, compuesto sintético con actividad estrogénica. No es un esteroide, pero se emplea terapéuticamente de la misma manera que los estrógenos naturales.

MgATP (0,25 mM frente a 0,12 mM para la H. no asociada), y es más susceptible a la inhibición por el producto por la glucosa-6-fosfato. Los estudios de rayos X de cristales de H., formados en presencia y ausencia de glucosa, indican que cuando se une la glucosa, un lóbulo de la molécula gira 12° cerrando la hendidura de unión al sustrato (Fig.). En esta conformación, el agua se excluye de la hendidura. Estudios posteriores indican que en solución acuosa también se realiza el cambio conformacional de la H. Este cambio es necesario para su actividad; los análogos de glucosa demasiado voluminosos para permitirlo no son sustratos, aunque pueden actuar como inhibidores. Aunque el agua se puede unir al bolsillo del sustrato en la misma posición que el grupo 6-OH del azúcar, no induce cambios conformacionales, ni se fosforila fácilmente (esto significaría hidrólisis del ATP, pero la H. no es muy activa como ATPasa). Curiosamente, la entalpia y la capacidad calorífica de la enzima casi no cambian durante la unión. [B.I. Kurganov en G.R. Welch, ed. Organized Multienzyme Systems (Academic Press, Orlando, 1985) 241268; J. Takahashi, J.L. Casey & J.M. Sturtevant Biochem. 20 (1981) 4693-4697; W.S. Bennett & T.A. Steitz, Proc. Nati. Acad. Sci. USA 75 (1978) 4848-4852],

Hexestrol

Hexitoles (Hexitols): polioles de 6 átomos de C. De los 10 isómeros posibles, se encuentran en la naturaleza el D-sorbitol, dulcitol, D-manitol, iditol y alitol. Hexoquinasa (Hexokinase) (EC 2.7.1.1): enzima que cataliza la transferencia de un grupo fosforilo desde el ATP al oxígeno del C-6 de la glucosa u otra hexosa, p.ej., mañosa o D-glucosamina. (El sustrato fisiológico es el MgATP). La reacción con la glucosa es la primera etapa de la Glicólisis (véase). La H. se une específicamente a la porina, proteína de la membrana mitocondrial externa, lo que permite que el ADP y los sacáridos penetren a través de ella. Es decir, aunque la H. es una enzima soluble, en condiciones fisiológicas está asociada a las mitocondrias. Este supuesto se basa en las observaciones de que la H. asociada a las mitocondrias tiene una mayor Km para el 422

Cambio conformacional de la hexoquinasa inducido por la glucosa. (Adaptado de Bennett & Steitz).

Hexosanos (Hexosans): polisacáridos vegetales de Ai alta, del grupo de los homoglicanos, compuestos por hexosas, p.ej., glucanos, fructanos, mananos y galactanos. Hexosas (Hexoses): aldosas de 6 átomos de C, uno de los grupos más importantes de monosacáridos (véase Glícidos). Se han aislado o sintetizado todos los estereoisómeros posibles de las aldohexosas (tienen 4 carbonos asimétricos). La D-glucosa, D-manosa, D-galactosa y L- y D-talosa están ampliamente distribuidas

Hibridación

en la naturaleza, tanto en forma de azúcares libres como ligadas. Son de especial importancia algunas de las H. fosforiladas. Los 6-desoxiazúcares L-ramnosa y L-fucosa son también H. Las c e t o h e x o s a s c o r r e s p o n d i e n t e s a las aldohexosas se denominan hexulosas y entre ellas se encuentran los monosacáridos naturales D-fructosa y L-sorbosa. Hexulosas (Hexuloses): véase Hexosas. Hialoplasma (Hyaloplasm): véase Célula 2). H i a l u r ó n i c o , ácido ( H y a l u r o n i c acid): mucopolisacárido no ramificado, Mr 200.000400.000. La subunidad básica es un disacárido, Af-acetil-D-glucosamina, unida por enlace glicosídico P-1,4 a ácido D-glucurónico, el cual está a su vez unido por enlace glicosídico P-1,3 a la siguiente unidad de disacárido. Se encuentra en diversos tejidos animales y en los fluidos de las articulaciones. En solución acuosa tiene una viscosidad muy alta, lo que explica su función biológica como lubricante. Se sintetiza en los fibroblastos a partir de D-glucosa.

H£>O

VH

H\i

c/1-0"

H NHCOCH3 C00H

Acido hialurónico

Hibbert, cetonas de (Hibbert's ketones): véase Lignina. Hibridación (Hybridization): formación de una doble cadena híbrida de ácidos nucleicos, por asociación de hebras sencillas de DNA y RNA (híbrido DNA:RNA) o de hebras sencillas de DNA no asociadas previamente entre sí en una doble cadena natural (híbrido DNA:DNA). También son posibles los híbridos RNA:DNA. Se emplea para detectar y aislar secuencias de un nucleótido específico y para medir el grado de homología entre ácidos nucleicos. En esencia, se desnaturalizan los dos ácidos nucleicos por calentamiento a temperatura superior a la T m (véase punto de fusión del DNA) y después se les permite hibridar a unos 25°C por debajo de la T m (las hebras sencillas también hay que desnaturalizarlas por calentamiento para eliminar las bases apareadas intrahebras).

Generalmente, uno de los componentes (RNA o cDNA) de la mezcla de H. se encuentra a concentración relativamente baja y es radiactivo (de radiactividad específica conocida, marcado con 32P o 3 H), mientras que el otro (DNA celular o fragmentos del mismo) no está marcado y se e n c u e n t r a en e x c e s o . La H. se d e t e r m i n a separando los ácidos nucleicos de cadena sencilla de los de cadena doble y midiendo la actividad específica de los últimos. Para la medida de la H. se usan generalmente técnicas de filtro o gel. En este caso, el DNA se desnaturaliza por calentamiento y se enfría rápidamente para que no se formen dímeros (también se puede d e s n a t u r a l i z a r el D N A ajusfando su pH a 12 con NaOH, seguido por adición de HC1 hasta pH 7). Las hebras sencillas de DNA se embeben entonces en agar o en gel de poliacrilamida, o se adsorben en un disco de nitrato de celulosa. El D N A o R N A cuya complementariedad se quiere analizar se marca radiactivamente, se aplica al gel o al filtro de nitrato de celulosa y se incuba a unos 25°C por debajo de la T del material nativo. El material radiactivo no ligado se elimina por digestión con ribonucleasa (ya que los híbridos DNA:RNA son resistentes a la enzima) o con una desoxirribonucleasa que ataque preferentemente al DNA de hebra sencilla. La cantidad de radiactividad que queda en el filtro o en el gel después del lavado es una medida de la extensión de la complementariedad entre las secuencias de las dos muestras. Los discos de nitrato de celulosa son más adecuados que otros soportes; el método original de Guillespie y Spiegelman [7. Mol. Biol. 12 (1965) 829-841] se sigue utilizando con ligeras modificaciones. También se puede realizar H. en solución (véase H í b r i d o s D N A : D N A más adelante), en cuyo caso se utiliza la cromatografía en hidroxiapatita para separar las hebras sencillas de las dobles. D. Kennel y A. Kotoulas han comparado críticamente los tres métodos, filtro, gel y solución [J. Mol. Biol. 34 (1968) 71-84], Híbridos DNA:RNA: La H. de rRNA con DNA se ha utilizado ampliamente para estudiar la multiplicidad de los genes. Al incubar cantidades crecientes de RNA radiactivo con DNA celular, la formación del híbrido DNA:RNA sigue una cinética de saturación. El valor limitante del número de centros de unión del RNA al DNA es equivalente al número de cistrones de RNA por genoma. También se usa 423

Gráficas de hibridación o «curvas Cot» de diferentes muestras de DNA. 1. Poli U +Poli A. 2. DNA satélite de ratón. 3. DNA del Fago T4. 4. DNA de Rhizobium. 5. Exceso de DNA de soja con cDNA radiactivo de leghemoglobina de nódulos de raíz (DNA de hélice sencilla y doble separados en hidroxiapatita, controlando la radiactividad del DNA de doble hélice como índice de la fracción (C/Co) del cDNA asociado).

para el aislamiento de genes. En esta técnica, se rompe el DNA en trozos más cortos (por ruptura mecánica o por tratamiento con endonucleasas de restricción), y después se híbrida con RNA en condiciones tales que permitan que sólo se renaturalice el 10% aproximadamente del DNA. Las moléculas de hebra sencilla y doble se separan por cromatografía en hidroxiapatita y la f r a c c i ó n de doble hebra se desnaturaliza y renaturaliza repetidamente hasta la eliminación total del DNA de hebra sencilla. Con este método se han purificado parcialmente muchos genes, p.ej., los c i s t r o n e s r R N A de Salmonella typhimurium [A. Udvardy & P. Venetianer, Eur. J. Biochem. 20 (1971) 513-517]. Otra técnica es la H. citológica, en la que se híbrida RNA radiactivo con DNA cromosómico en una preparación histológica, permitiendo la localización cromosómica del(los) gen(es) del RNA en cuestión. Inversamente, se usan sondas de DNA clonado para mostrar la distribución histológica del mRNA correspondiente al gen clonado. De manera similar, se usan R N A o c D N A m a r c a d o s con 32 P en t r a n s f e r e n c i a s Southern (véase), para localizar secuencias de D N A c o m p l e m e n t a r i o de f r a g m e n t o s de restricción separados e l e c t r o f o r é t i c a m e n t e . 424

Híbridos DNA:DNA. Cuando el DNA desnaturalizado por el calor (véase punto de fusión del DNA) se enfría lentamente, se forman de nuevo moléculas de doble hélice, es decir, las moléculas de hebra sencilla se reasocian. Cuando dos DNAs diferentes se desnaturalizan uno en presencia de otro, la m e z c l a p u e d e c o n t e n e r m o l é c u l a s híbridas, siempre que ambos tengan algunas secuencias de bases en común. Por tanto, la reasociación y la H. (a ambas se les puede denominar asociación) son cinética y mecánicamente idénticas. Para una eficaz reasociación o hibridación del DNA desnaturalizado se necesitan las siguientes condiciones: 1) Una concentración adecuada de cationes (la reasociación es prácticamente inexistente por debajo de Na + 0,01M, muy dependiente de la [Na+] por debajo de NaCl 0,4 M, y casi independiente de la [Na + ] por e n c i m a de N a C l 0,4 M. 2) Una temperatura óptima de aproximadamente 25°C por debajo de la T m (la velocidad de reacción aumenta a medida que la temperatura disminuye por debajo de la T m , alcanzando un máximo ancho y plano entre (T — 15)°C y (T - 30)°C, y disminuyendo después a medida que lo hace la temperatura). 3) El tiempo de incubación y la concentración de DNA deben ser suficientes para permitir un número adecuado de colisiones. 4) La probabilidad estadística de que hebras complementarias muy largas de DNA eucariótico desnaturalizado se alineen correctamente por colisiones al azar es extremadamente baja, por lo que se controla convenientemente la velocidad de reasociación cortando el DNA y trabajando con fragmentos relativamente pequeños (200-500 pares de bases) de tamaño conocido. Por otra parte, los genomas de ciertas bacterias pueden desnaturalizarse y reasociarse en forma de hebras dobles de DNA biológicamente activas; p.ej., el DNA de Escherichia coli (4,5 millones de pares de b a s e s ) se u t i l i z a f r e c u e n t e m e n t e p a r a estandarizar las medidas de las cinéticas de reasociación. En muchos estudios de H., es más ventajoso el empleo de cDNA (véase DNA complementario) en vez de mRNA; usando mRNA como molde, se pueden sintetizar cantidades relativamente grandes de cDNA de radiactividad específica elevada mediante el empleo eficaz de precursores

Hibridación

de nucleótidos radiactivos; además, el mRNA está sometido constantemente al riesgo de ataque de RNAsas. En la literatura se describen una gran variedad de aplicaciones de la H. DNA:cDNA, p.ej., determinación del número de copias de genes de globina en el DNA de ratón. [P.R. Harrison et al, J. Mol. Biol. 84 (1974) 539-544] y demostración de que la globina de la leghemoglobina de nódulo de raíz está codificada por el genoma de la planta y no por el del simbionte bacteriano [R. SidloiLumbroso et al. Nature 273 (1978) 558-560], En este tipo de experimentos, se fraccionan, el DNA celular y el cDNA hasta obtener preparaciones de la misma longitud media de nucleótidos (200500 nucleótidos o pares de bases) y el DNA celular se encuentra en gran exceso (unas 107 veces) con respecto al cDNA radiactivo. Como herramienta taxonómica, la H. DNA:DNA en solución, seguida por determinación de la Tm del híbrido resultante, promete superar otras formas de taxonomía bioquímica, p.ej., la comparación de secuencias de aminoácidos de proteínas homólogas. La diferencia de T (ATm) entre híbridos de DNA conespecíficos (de la misma especie) y heteroespecíficos (de distinta especie) es una medida de la proximidad evolutiva de los dos organismos. Un 1% de diferencia en la secuencia de nucleótidos da lugar aunaAT m de aproximadamente 1 °C. Especies del mismo género muestran una ATm de unos 4°C. Para géneros diferentes de la misma familia, la ATm oscila entre 4 y 11 °C; para diferentes familias dentro del mismo orden, de 11 a 20°C; y para miembros de la misma clase y órdenes relacionados, aunque distantes, unos 25°C. [J.M. Diamond, Nature 305 (1983) 17-18], Cinética de la H. : La asociación de dos hebras sigue una cinética de segundo orden. Considérese el equilibrio:

A+B

AB, donde AB representa el híbrido K,

de la molécula reasociada. Si a y b representan las concentraciones iniciales de las dos hebras (A y B), respectivamente, y x la concentración de AB a tiempo í, la velocidad de asociación es, dx — = K¿a-x)(b-x)

-

Como K2 es mucho menor que Kv la fórmula anterior se puede escribir: dx — dt

=Kl(a-x)(b-x)

Aunque uno de los componentes de la H. se encuentra a menudo a una concentración relativamente baja (es decir, a»b) existen circunstancias en las que A y B se encuentran a igual concentración (reasociación de DNA fundido; H. de cantidades iguales de DNA procedentes de distintas especies). La ecuación anterior se transforma entonces en

que integrada, se convierte en

a ~

(1 + Ktat)

Esta ecuación representa la base matemática del método Cot, que se expresa como: C C0

1 (1 + KCot)

donde C = concentración de DNA (mol/1) en el tiempo t (segundos), y C„ = concentración inicial de DNA desnaturalizado (mol/1). La H. o asociación se expresa gráficamente representando la Cot en función de C/CH (Fig). Dado que el rango de velocidades observado es de al menos 8 órdenes de magnitud, es necesario representar la Cot a escala logarítmica, obteniéndose una curva simétrica de segundo orden. Las unidades Cot son moles de nucleótido x segundo por litro (mol s l-1)Se puede predecir la Cot |/2 (semiperíodo de reasociación, es decir, semiperíodo para un 50% de asociación). [J.G. Wetmur & N. Davison, J. Mol. Biol. 31 (1968) 349-370]: Si N = complejidad del DNA, es decir, número de pares de bases de secuencias no repetidas y L = número medio de nucleótidos por hebra sencilla de DNA desnaturalizado, las constantes de reacción de segundo orden para todos los 425

Hibridoma

DNAs son de unos 3 x 105 L a5 /N l-mol'-s 1 . La velocidad de reacción también aumenta ligeramente con el contenido de GC y depende de la viscosidad de la matriz. La reasociación del DNA eucariótico (especialmente cuando está fragmentado) es frecuentemente más rápida que la predicha [R.J. Britten & D.R. Kohne, Science 161 (1968) 529-540] (referencia importante también para los fundamentos y bases experimentales de la reasociación del DNA). Esta observación dio lugar a la hipótesis de que ciertas secuencias están repetidas, a veces cientos o incluso miles de veces. De hecho se sabe que virtualmente todos los DNAs eucariotas contienen familias de secuencias repetidas de longitudes entre 130 y 300 pares de bases (véase, p.ej., Secuencia repetida Alu). Hibridoma (Hybridoma): células híbridas, cultivables de forma indefinida, preparadas por fusión de linfocitos con una línea apropiada de células transformadas. Los Anticuerpos monoclonales (véase Inmunoglobulinas) se producen generalmente en H. Híbridos DNA-RNA (DNA-RNA hybrids): moléculas de doble cadena en las que una hebra es DNA y la otra un RNA complementario. Constituyen, presumiblemente, la forma intermedia en el proceso de transcripción (véase ácido Ribonucleico) y en la multiplicación de virus RNA oncogénicos (véase DNA polimerasa RNAdependiente), y se pueden obtener in vitro por hibridación (véase). Son resistentes a las ribonucleasas. Hidrocarburos, degradación de (Hydrocarbon degradation), degradación microbiana de hidrocarburos: algunos microorganismos pueden degradar hidrocarburos y utilizarlos como única fuente de carbono y energía. Esta capacidad es importante para la producción microbiana de proteínas y para la eliminación de la conta-minación medioambiental por petróleo. La degradación de hidrocarburos depende mucho de su estructura, de forma que las cadenas no ramificadas (alcanos) de 10-18 C son las que se degradan más fácilmente. La vía de degradación más importante es la oxidación de un extremo de la cadena a CH2OH por el Citocromo P450 (véase), seguido por la oxidación a -CHO y después a -COOH por deshidrogenasas unidas a NAD. La degradación posterior de los ácidos grasos tiene lugar por (3-oxidación. Los hi426

drocarburos aromáticos se degradan más difícilmente que los alifáticos. La escisión del anillo va siempre precedida por la formación de un fenol por acción de una oxigenasa. La degradación posterior, vía pirocatecol, ácido cis,cismucónico y ácido a-cetoadípico, da lugar a los ácidos acético y succínico, componentes del ciclo TCA. Hidrogenación (Hydrogenation): véase Reducción. Hidrogenasa (Hydrogenase): véase metabolismo del Hidrógeno. Hidrógeno (Hydrogen): véase Bioelementos, metabolismo del Hidrógeno. Hidrógeno, metabolismo del (Hydrogen metabolism): 1. reacciones metabólicas redox en las que intervienen nucleótidos de piridina y coenzimas de flavina; 2. todas las reacciones metabólicas en las que interviene el hidrógeno, p.ej., hidrogenación, deshidrogenación, transhidrogenación, activación y formación de hidrógeno molecular. En la respiración, aerobia y anaerobia, los sustratos se oxidan con eliminación de hidrógeno (deshidrogenación), proceso que no implica transferencia de oxígeno. Las deshidrogenaciones están catalizadas por deshidrogenasas (con NAD+ y NADP+ como coenzimas) y por oxidasas. El FAD y, con menos frecuencia el FMN, actúan como grupos prostéticos o cofactores redox de las flavoenzimas. Los átomos de hidrógeno eliminados de un sustrato (H = H+ + e~) se transfieren al grupo activo de la deshidrogenasa u oxidasa. El hidrógeno se transfiere al NAD + o al NADP+ como ion hidruro, es decir, desde el hidrógeno del sustrato (2[H]) se transfieren un protón (H+) y un par de electrones (2 e~), dejando un protón libre (véase dinucleótido de Nicotinamida y adenina). En la degradación anaerobia de glícidos, la coenzima reducida (NADH) se reoxida, acoplando su oxidación a la reducción de un producto final de la glicólisis; en este sistema de óxido-reducción interno no interviene el oxígeno molecular. En la oxidación aerobia completa de la glucosa en la glicólisis, en el ciclo TCA, y en la cadena respiratoria, el NADH se reoxida por la cadena respiratoria, con consumo de oxígeno molecular. El NAD y el NADP cumplen distintas funciones metabólicas. En el metabolismo aerobio, la mayor parte del NADH producido por las células se reoxida en la cadena respiratoria

Hidrógeno, metabolismo del

con objeto de producir energía (véase Fosforilación oxidativa). Como el NAD + es el aceptor de la mayor parte del hidrógeno producido en las reacciones catabólicas, se ha propuesto el término «carga de reducción catabòlica» (CRC) para la relación [NADH]/([NADH] + [NAD + ]). Por otra parte, el NADPH no transfiere hidrógeno a la cadena respiratoria, sino que actúa como agente reductor en la biosíntesis reductora, y la relación [NADPH]/([NADPH] + [NADP*]) se denomina «carga de reducción anabólica» (ARC). Las CRC y ARC son dos parámetros importantes en la r e g u l a c i ó n del m e t a b o l i s m o celular. [K.B. Anderson & K. von Meyenburg, J. Biol. Chem. 252(1977)4151], En el citoplasma, la CRC se mantiene normalmente a un valor muy inferior a la unidad, es decir, la concentración de NAD + es mucho mayor que la de NADH, pero en la mitocondria domina la forma reducida, a pesar de ser el lugar donde se realiza la oxidación de NADH a NAD + ; ello sugiere una transferencia eficaz del N A D H producido en el citoplasma a la mitocondria, pero la m e m b r a n a m i t o c o n d r i a l interior es imp e r m e a b l e al N A D + y al N A D H en ambas d i r e c c i o n e s . Lo que se t r a n s f i e r e desde el citoplasma a la mitocondria son equivalentes reductores, por medio de los siguientes sistemas lanzadera'. 1. Lanzadera ¡i-hidroxibutirato/ acetoacetato. En el citoplasma, por acción de una reductasa NADH-dependiente (EC 1.1.1.30), el acetoacetato se reduce a P-hidroxibutirato, el cual e n t r a a la m i t o c o n d r i a d o n d e se o x i d a a acetoacetato por una deshidrogenasa NADdependiente. El NADH resultante se oxida en la cadena respiratoria, y el acetoacetato abandona la mitocondria para ser reducido por más NADH citoplásmico. La realidad de este sistema es dudosa. Ciertamente, este sistema no podría o p e r a r en m i t o c o n d r i a s q u e c a r e c e n de a - h i d r o x i b u t i r a t o deshidrogenasa, p.ej., las mitocondrias del hígado de los rumiantes. Las fibras rojas del músculo esquelético de los vertebrados contiene niveles altos de P-hidroxibutirato deshidrogenasa mitocondrial, por lo que el sistema de transporte puede operar en este tejido. 2. Lanzadera fosfato de dihidroxiacetato/aglicerofosfato. El fosfato de dihidroxiacetato se reduce en el citoplasma por la 3-fosfato de glicerol deshidrogenasa (EC 1.1.1.8) y NADH. El a glicerofosfato resultante se oxida en la mito-

condria por acción de una eficaz 3-fosfato de glicerol deshidrogenasa (una flavoproteína-FAD, EC 1.1.99.5) y el fosfato de dihidroxiacetona retorna al citoplasma. La oxidación del NADH por la cadena respiratoria da lugar a 3 ATP, mientras que este sistema produce 2 ATP por N A D H oxidado, ya que la d e s h i d r o g e n a s a mitocondrial es FAD-dependiente. Es un sistema de lanzadera activo en los músculos de vuelo de la moscarda azul de la carne. Las mismas enzimas se encuentran también en cantidades comparables en el músculo de los mamíferos, pero parece dudoso que esta vía sea operativa en el hígado. 3. Lanzadera malato/oxalacetato. El oxalacetato se reduce, a expensas de NADH, por acción de una malato deshidrogenasa citoplásmica (EC 1.1.1.37). El malato entra en la mitocondria, y se deshidrogena por la malato deshidrogenasa mitocondrial. El oxalacetato no abandona la mitocondria, sino que se transamina con el glutamato formando aspartato y a-cetoglutarato. El aspartato atraviesa la barrera mitocondrial y se transamina a oxalacetato en el citoplasma. Este mecanismo de lanzadera no produce desequilibrio de cargas a través de la membrana mitocondrial, porque la entrada de malato está acoplada a la salida de a - c e t o g l u t a r a t o ( a m b o s á c i d o s dicarboxílicos) y la entrada de glutamato está a c o p l a d a a la s a l i d a de a s p a r t a t o ( a m b o s aminoácidos). Se pueden imaginar muchas otras vías teóricas, pero carecen de soporte experimental. Las células del hígado utilizan probablemente varios sistemas en vez de d i s p o n e r de uno d o m i n a n t e . En contraposición a la CRC, la ARC del citoplasma es baja. La elevada concentración de NADPH con respecto a la de NADP+ promueve biosíntesis por acción de masas; entre ellas están la reducción del ácido glicérico-3-fosfato a gliceraldehído 3-fosfato en la asimilación fotosintética del C 0 2 (véase Ciclo de Calvin), la síntesis reductora del glutamato por la glutamato sintetasa (véase asimilación del Amoníaco), y la biosíntesis de ácidos Grasos (véase). En los organismos h e t e r ó t r o f o s se f o r m a NADPH en la fase oxidante del ciclo de las Pentosas fosfato (véase), y en los organismos fotosintéticos (excepto las bacterias fotosintéticas) en la reacción luminosa de la Fotosíntesis (véase). Otra fuente importante es la descarboxilación oxidativa citoplásmica del malato por la malato deshidrogenasa unida a NADP + 427

Hidrógeno, puentes de (EC 1.1.1.40). El piru vato entra en la mitocondria y experimenta una carboxilación ATP-dependiente a oxalacetato, que es hidrogenado por la malato deshidrogenasa NADH-dependiente (EC 1.1.1.37). El malato resultante abandona la mitocondria y en el citoplasma se descarboxila a p i r u v a t o p o r la m a l a t o d e s h i d r o g e n a s a d e p e n d i e n t e de N A D P + ( E C 1 . 1 . 1 . 4 0 ) . L a realización de este ciclo origina la salida de equivalentes reductores desde la mitocondria al citoplasma. En contraste con la oxidación del N A D H , no hay un mecanismo para la oxidación directa de N A D P H en la cadena respiratoria. De hecho, el p r o b l e m a fisiológico al que se e n f r e n t a n las células animales en particular es cómo mantener un s u m i n i s t r o s u f i c i e n t e m e n t e a b u n d a n t e de N A D P H para la biosíntesis reductora y cómo s u p l e m e n t a r i o u t i l i z a n d o los e q u i v a l e n t e s reducidos de N A D H , p.ej., por el ciclo malatopiruvato descrito antes. No obstante, es probable que algo del hidrógeno del N A D P H se oxide en la cadena respiratoria. Por ejemplo, se pueden equilibrar el N A D H y el N A D P H por acción de cualquier enzima que pueda usar ambos y se ha demostrado que tal equilibrio existe. Enzimas que pueden usar ambos cofactores con más o menos facilidad, son la glicerol deshidrogenasa (hígado de cerdo y rata, Escherichia coli), la glutamato deshidrogenasa (músculo, hígado, levaduras) y la 3(i-hidroxiesteroide deshidrogenasa (hígado). Las mitocondrias del hígado y del corazón llevan a c a b o u n a t r a n s h i d r o g e n a c i ó n en la q u e se transfiere hidrógeno del N A D H al N A D P \ El proceso es ATP-dependiente y está catalizado por u n a e n z i m a d e l i n t e r i o r d e la m e m b r a n a mitocondrial. El equilibrio está tan fuertemente desplazado hacia la formación de N A D P H que el proceso inverso no es fácilmente mensurable. O b v i a m e n t e e s t a r e a c c i ó n no c o n d u c e a la producción neta de N A D H a partir de NADPH, s i n o q u e s i r v e para s u m i n i s t r a r el N A D P H requerido para la biosíntesis reductora mitocondrial. Tanto el donante ( N A D H ) c o m o el aceptor (NADP + ) interaccionan con la transhidrogenasa de la membrana mitocondrial interna. Durante la transhidrogenación no se produce intercambio de hidrógeno con los protones del agua; el átomo de hidrógeno se transfiere desde el lado A del N A D H hasta el lado B del NADP + , lo que indica que los planos de los anillos de

n i c o t i n a m i d a de los d o s c o f a c t o r e s d e b e n asociarse estrechamente sobre la superficie de la e n z i m a . T a m b i é n se h a i n f o r m a d o d e transhidrogenasas citoplásmicas que catalizan la t r a n s h i d r o g e n a c i ó n con una c o n s t a n t e de equilibrio de aproximadamente una unidad. En la mayoría de los o r g a n i s m o s vivos el hidrógeno molecular no tiene un papel metabòlico significativo, aunque se han encontrado ciertas e n z i m a s , d e n o m i n a d a s h i d r o g e n a s a s , en u n a a m p l i a variedad de o r g a n i s m o s , i n c l u y e n d o bacterias, plantas y animales. Se ha sugerido (Krebs) que las hidrogenasas sirven para liberar H 2 del N A D H en exceso cuando en las biosíntesis predominan las etapas de oxidación y, por tanto, alteran el balance redox normal de la célula; p.ej., en el crecimiento anaerobio de microorga-nismos, el exceso de poder reductor se puede utilizar para sintetizar productos reducidos que se excretan, o simplemente se puede liberar c o m o hidrógeno molecular por acción de la hidrogenasa. Algunas hidrogenasas están asociadas a membranas, con frecuencia unidas a la formiato deshidrogenasa ( H C O O H + N A D + - > C 0 2 + N A D H + H+; N A D H + H+ NAD + + H 2 ). En las bacterias anaerobias estrictas, las hidrogenasas están u n i d a s a f e r r e d o x i n a y c a t a l i z a n u n a reacción de óxido-reducción entre el hidrógeno y la ferredoxina: H + 2Fd - > 2H + + 2 Fd „ J

2

ox

Hidrógeno, puentes de (Hydrogen bonding): véase Enlaces no covalentes.

428

red'

donde Fdox y Fdrcd representan ferredoxina oxidada y reducida respectivamente. Algunas bacterias, p.ej., Hydrogenomonas, Pseudomonas y Alcaligenes, p u e d e n o x i d a r el H 2 c o n 0 2 , interviniendo en el proceso una cadena normal de transporte de electrones y g e n e r á n d o s e 3 moléculas de ATP. L a p r o d u c c i ó n de h i d r ó g e n o f e r r e d o x i n a dependiente catalizada por hidrogenasas, p.ej., en Clostridium, se i n h i b e por el m o n ó x i d o de carbono y es independiente del ATP; difiere, por tanto, de la producción de hidrógeno sensible al CO y ATP-dependiente por la acción de Nitrogenasas (véase). La evolución del hidrógeno gaseoso durante la fijación de nitrógeno se debe a la competencia entre el nitrógeno y los protones por los electrones del centro reductor de la enzima. A d e m á s de la f e r r e d o x i n a , las R e d o x i n a s (véase) son importantes agentes transferentes de electrones en el metabolismo del hidrógeno.

Hidroxinervónico, ácido

Hidrógeno, transferencia de (Hydrogen transfer): véase metabolismo del Hidrógeno; Coenzimas de nucleótidos de piridina. Hidrolasas (Hydrolases): véase Enzimas, Tabla 1. Hidrolasas de serina (Serine hydrolases): hidrolasas que en su centro activo presentan un residuo de serina catalíticamente activo, p.ej., tripsina, quimotripsinas A, B y C, trombina y esterasas de ácido carboxílico de tipo B. Véase Proteasas de serina. Hidroxámicos, ácidos (Hydroxamic acids): derivados del ácido carbónico que contienen el grupo tautomérico R-C-NHON l í R-C = N-OH II II O OH Forman anillos estables de cinco átomos con los iones metálicos. Son especialmente importantes en el metabolismo del hierro de muchos organismos. Ejemplos bien conocidos son el ácido aspergílico (Fig.), sintetizado a partir de leucina e isoleucina por Aspergillus flavus, y los Siderocromos (véase). /CH3

N CH 3

c h

'-

c h

>-

y

S

c h

-\A I o

CH>-CHX

o h

Acido aspergílico

Hidroxiacético, ácido (Hydroxyacetic acid): véase ácido Glicólico. Hidroxiácido (Hydroxyacid): ácido carboxílico en el que uno o más átomos de hidrógeno de la fracción alquílica se sustituyen por un grupo hidroxilo. La posición del OH en la cadena alquílica se indica por las letras oc, P, y, 5, etc. o por los números 2, 3, 4, 5, donde el número 1 es el átomo de C del COOH; así, el ácido láctico es el ácido 2-hidroxipropiónico o a-hidroxipropiónico. Son H. importantes los ácidos glicérico, málico, láctico y cítrico. 2'-Hidroxi-3-arilcumarinas (2'-Hydroxy-3arylcoumarins): grupo de Isoflavonoides (véase) naturales, p.ej., paquirrizina de Pachyrrhizus erusus y Neorautanenia spp. [L. Crowbie & D. A. Whiting (1963)7. Chem. Soc. 1569-1579] (Fig.).

Paquirricina

3-Hidroxi-2-butanona (3-Hidroxy-2-butanone): véase Acetoína. o-Hidroxicinámico, lactona del ácido (o-Hydroxycinnamic acid lactone): véase Cumarina. Hidroxicinamil-CoA ligasa (Hydroxycinnamoyl-CoA ligase): véase 4-Cumarato:CoA ligasa. N-2-Hidroxietilpiperacina-N-2-etanosulfónico, ácido (N-2-HydroxyethyIpiperazineN-2-ethanesulfonic acid), Hepes: compuesto, A/ 238,3, utilizado para la preparación de soluciones Tampón (véase) en el rango de pH 6,8-8,2. Hidroxilación (Hydroxylation): véase Oxigenasas. Hidroxilasas (Hydroxylases): Véase Oxigenasas. Hidroxilubimina (Hydroxylubimin): véase Fitoalexinas. 5-Hidroximetilcitosina (5-Hydroxymethylcytosine): compuesto pirimidínico, una de las bases raras de ácidos nucleicos, Af 141,1. Se descompone por encima de 200CC sin fundirse. No se sintetiza por modificación de la citosina ya incorporada al ácido nucleico, sino que se forma de novo durante la biosíntesis pirimidínica, en forma de ácido 5-hidroximetildesoxicitidílico. Se aisló en el DNA en 1952 y se encuentra, en vez de citosina, en el DNA de los bacteriófagos de las series T2, T4 y T6. Hidroximetilglutarato, ciclo del (Hydroxymethyl glutarate cycle): véase Cetogénesis. Hidroxinervona (Hydroxynervon): véase Glicolípidos. Hidroxinervónico, ácido (Hydroxynervonic acid): ácido A15-2-hidroxitetracosanoico, CH3(CH 2 ) 7 -CH=CH(CH 2 ) |2 -CHOH-COOH, ácido graso insaturado hidroxilado, A/r 382,5, p.f. 65°C. Es un componente importante de los cerebrósidos. 429

2-Hidroxi-3-oxoadipato sintasa

2-Hidroxi-3-oxoadipato sintasa, (2-Hydroxy3-oxoadipate synthase), 2-hidroxy-3-oxiadipato-glioxilato liasa (carboxilante) (EC 4.1.3.15): enzima de las bacterias y del hígado de los mamíferos que cataliza la condensación descarboxilativa del a-cetoglutarato con el glioxilato. El producto, 2-hidroxi-p-cetoadipato, es importante en los mamíferos porque desvía el metabolismo del glioxilato desde la síntesis del oxalato (véase Acido oxálico, y Oxalosis en Errores congénitos del metabolismo). In vitro, la enzima cataliza diversas reacciones relacionadas de condensación y descarboxilación (Fig.), análogas a la formación de Acetoína (véase) a partir de piruvato y acetaldehído. [M.A. Schlossberg et al. Biochemistry 9 (1970) 11481153],

.

Acido glioxilico

COOH HCOH

1 C=0 1 C| H ; CH2

COOH

Acido 2-hidroxip-cetoadípico

co¡ Acido glioxilico COOH CHO

CH¡0H

>

C=0 CH;

1

COOH

Acido Y-ceto-5hidroxivalérico

a-Cetoglutarato

i

H COH H ¿0H

I I

es también un componente de las toxinas de Amanita (véase Amatoxinas). 9-Hidroxi-frans-2-decenoico, ácido (9-Hydroxy-írans-2-decenoic acid): véase sustancia de la Reina Jalea real. 5-Hidroxitriptófano (5-Hydroxytryptophan) : compuesto intermedio en la síntesis de Melatonina y Serotonina (véanse), usado clínicamente para el tratamiento de la depresión y la mioclonía [Science 221 (1983) 659-660], Hidroxixantorrona (Hydroxyxanthorrhone) : véase Flavano. Hierro (Iron), Fe: bioelemento presente en todas las células vivas. El cuerpo humano contiene 4-5 g, el 75% del cual está en la hemoglobina. En los organismos se encuentra en los estados de oxidación II y III; en los animales superiores se almacena ligado a proteínas. Es transportado por la sangre en forma de complejo con transferrina (véase Siderofilinas), de la que se transfiere enzimàticamente a moléculas de porfirina que carecen de él (véase Hierro hemo). Algunos compuestos contienen Hierro no hemo, p.ej., las Sulfoferroproteínas (véase). En el metabolismo del Fe de los microorganismos interviene un grupo de productos naturales denominados Siderocromos (véase).

El Fe cataliza la mayoría de las reacciones redox de la célula (véase Citocromos, Clorofila), CH2 interviene en la reducción de ribonucleótidos a COOH desoxirribonucleótidos, es coenzima de la acoÁcido2,3-dihidrox¡Acido 5-hidroxiY-ceto-hexanolco y-cetopiméNco nitasa (EC 4.2.1.3) en el ciclo TCA y forma parte de diversas metaloflavoproteínas. Desempeña un Algunas reacciones catalizadas por la 2-hidroxipapel regulador en muchos microorganismos, P-cetoadipaío sintasa. p.ej., como inhibidor de la síntesis de citrato en Aspergillus niger, y como promotor de la síntesis de antibióticos en Streptomyces. 3oc-Hidroxi-5a-pregnan-20-ona (3a-Hydroxy-5

I CH 2 I NH (CH 2 ) 4 -C- C-NH|| O

^

Biosíntesis de un residuo de hipusina en el factor de iniciación 4D eucariótico. El uso de trazadores radiactivos confirma que los cuatro carbonos terminales de la hipusina proceden de los carbonos butílicos de la espermidina, aunque el mecanismo es desconocido. La desoxihipusina hidroxilasa sólo necesita reactivos sulfhidrilo para su actividad; no necesita Fe2+ (que es un inhibidor), a-cetoglutarato ni ácido ascòrbico, lo que indica que no es una a-cetoácido dioxigenasa [A. Abbruzzese et al., J. Biol. Chem. 261 (1986) 3085-3089], 433

Histamina

Histamina (Histamine): (3-imidazol-4(5)etilamina, amina biogénica. M 114,14. Se forma por descarboxilación enzimàtica de L-histidina. Estimula la secreción de jugos gástricos por las glándulas del fundus del estómago, dilata los capilares sanguíneos (importante para el incremento del flujo de sangre y la disminución de la presión sanguínea), aumenta la permeabilidad (urticaria y enrojecimiento después de la aplicación local de H.), y produce contracción de los músculos lisos del tracto digestivo, el útero y los bronquios (en el asma bronquial). Las diamino oxidasas y las aldehido oxidasas catabolizan H. formando ácido imidazolilacético. Está ampliamente distribuida en los reinos animal y vegetal, encontrándose, p.ej., en las ortigas, el cornezuelo, el veneno de abeja y en las secreciones salivares de los insectos que pican. Como hormona tisular, se encuentra en el hígado, los pulmones, el bazo, los músculos estriados, la mucosa del estómago y del intestino, y se almacena con la heparina en los mastocitos, en cantidades del orden de (xg/g de peso fresco.

I]

Y — C H 2 — C H 2 — NH 2 N H

Histamina

L-Histidina (L-Histidine), abrev. His: imidazolilalanina, aminoácido proteogénico y débilmente glucoplástico, M 155,2. Se encuentra en los centros catalíticos de muchas enzimas, y también forma parte de la carnosina y la anserina. Es un tampón importante en el rango de pH fisiológico. En ausencia de His en la dieta, los adultos pueden mantener el balance de nitrógeno durante un corto período de tiempo, pero el aminoácido es esencial para los animales en crecimiento. Los mamíferos no pueden sintetizar el anillo de imidazol. En bacterias se forma a partir de glicerofosfato de imidazol en la última parte (Fig. 1) del ciclo del ATP-imidazol (Fig. 2). El compuesto inicial de este ciclo es el 4-carboxamidorribótido de 5-aminoimidazol, abrev. AICAR (véase biosíntesis de Purinas). Los productos intermedios son ácido inosínico, AMP, ATP, fosforribosil-ATP, fosforribosil-AMP, y fos434

forribosil-formimino-aminoimidazol carboxamidarribótido. El último se sintetiza por una reorganización de Amadori, que es relativamente rara en el metabolismo celular. Es significativo que el sustrato sea el ATP. Solo el C-2 y el N-l del anillo de purina (Fig. 3) se incorporan a la molécula de His. La histidasa cataboliza la His a ácido urocánico (ácido imidazolacrílico) y después, a través de los ácidos imidazolonapropiónico y formimino glutámico, a ácido glutámico. El grupo formimino se usa para la síntesis de Unidades monocarbonadas activas (véase). Se emplea His en el tratamiento de alergias y anemias. [R.G. Martin et al. Methods in Enzymology XVIIB (1971) 3-44; M. Brenner & B.N. Ames «The Histidine Operon and Its Regulation» en Greenberg ed., Metabolic Pathways (3a ed.) 5 349-387], Histidinemia (Histidinemia): véase Errores congénitos del metabolismo. Histocompatibilidad, complejo principal de (Major histocompatibility complex), MHC: varios loci genéticos de los vertebrados, estrechamente ligados, que codifican glicoproteínas de superficie celular y proteínas séricas conocidas como antígenos de histocompatibilidad. Además del MHC, presente en todos los vertebrados estudiados, hay otros antígenos de superficie celular, poco estudiados, que se denominan antígenos menores de histocompatibilidad. Los MHC mejor estudiados son los del hombre y el ratón. Se descubrieron como factores que causan el rechazo de injertos de órganos entre individuos no idénticos genéticamente, de ahí el nombre «histocompatibilidad», aunque su importancia en el organismo radica en su función de moderadores de la respuesta inmune. Se han caracterizado tres clases de antígenos MHC en el hombre y el ratón; en este se han mapeado otros genes MHC en la región H-2, pero se sabe muy poco de ellos. La clase I incluye los genes HLA-A, HLA-B, HLA-C y HLA-D en el hombre, y los H2K y H2D en el ratón. Los loci correspondientes en la rata son Rt-1, y en el pollo, B. Los productos de estos genes, altamente polimórficos, son componentes de glicoproteínas de la superficie celular que consisten en dos cadenas polipeptídicas, de las que solo una está codificada por el gen MHC; la otra es una p 2 -microglobulina. En el ratón, la cadena de MHC tiene Mr aproximada de 44.000,

Histocompatibilidad, complejo principal de

Núcleo de imidazol R R I Fosfato de acetolHCOH F o s , a t o d e glicerolCH; imidazol transaminasa I imidazol deshidratasa. HCOH — ' C= 0 -H¡0 Glu a-KG I CI H z O ® CH20® Fosfato de glicerolFosfato de acetolimidazol imidazol R R I Fosfato de histidinol Histidinol CH¡ 2 deshidrogenasa . CH fosfatasa I HC-NH; W HC-NHj CH2OH 2NAD 2NADH COOH L-Histidinol L-Histidina Figura 1. Reacciones finales de la biosíntesis de L-Histidina A i Fosfato de glicero-imidazol

R I CHj . I HC-NH CH20® Fosfato de L-histidinol

histidina.

Síntesis de novo de purina i Carboxamidorribótido de aminoimidazol

"M Ácido inosinico L-GIli-NHj \ Carboxamidorribótido' \ de fosforribosilo-fomniminoSuccinato de adenilo aminoimidazol f [Reorganización deAmadori] \ Carboxamidorribótido de fosforribulosiloAMP formimino-aminoimidazol [Ciclohidrolasa] Fosforribosilo-AMP

ATP Fosforribosilo-PP

Figura 2. Ciclo del ATP-imidazol.

La última parte de este ciclo se muestra con más detalle en la Fig. 3.

mientras que la de la P 2 -microglobulina es 12.000. L o s antígenos de clase I se encuentran en la superficie de todas las células excepto en las del esperma. Son importantes en la respuesta inmune mediada por células, en la que los macrófagos, Iinfocitos T citotóxicos (CTL), y granulocitos son inducidos a matar las células corporales que tienen en su superficie antígenos extraños (víricos o cancerosos) específicos. Sin embargo, estas células asesinas, «programadas» específicamente, sólo atacan a las células que tienen tanto el antígeno extraño como los antígenos de la misma clase I que las propias células asesinas. Los CTL activados de un ratón no matan las células de un

segundo ratón infectado con el mismo virus a menos que el segundo ratón tenga los mismos antígenos de clase I que el primero. La función de los antígenos de clase I en este proceso es desconocida. Los antígenos M H C de clase II se encuentran sólo en ciertas células linfoides. Son los productos de los genes la (ratón) e Ir (para r e s p u e s t a inmune). Las proteínas la son d í m e r o s u n i d o s a la membrana, formados por las subunidades a (A/ 55.000) y p (Mr 28.000), con fracciones descon o c i d a s de glícidos; son r e s p o n s a b l e s de la activación de los Iinfocitos T auxiliares. L a 435

Histocompatibilidad, complejo principal de

C \

s

N

\

UM

®OCH2

pirofosfato

ATP ATP

OH OH Pirofosfato de 5'fosforribosilo (PRPP)

/ C

N

\

N

N-Ribosa-©

W

\

N // N—C H

\

7 ®°!>\

pirofosfato

+ / H,N=C \ ®OCH 2

\ N // N—C H

¡fJfí, OH OH

OH OH

N'-5'-Fosforribosilo-AMP

N'-5'-Fosforribosilo-ATP

H,0

N ^ ^N-Ribosa - ( \ / n C=C

N' n-Ribosa \ / C=C. Ribonucleótido J V/ de 5-AminoimidazolH,N

C= C

/

^C

N

/V.

I

glutamina

N-Ribosa-© w / \ N

H2N H N - C 7 H ©OCH;

H2N HN-C^ CH

A

N \

H

I C=0 I

HCOH

I

Fosfato de glicerolimidazol (véase Fig. 1)

HO OH

HCOH CH20® Ribonucleótido de N'-5'fosfonibulosilo-formimino5-aminoimidazol-4-carboxamida

Ribonucleótido de N'-5'fosforribulosilo-formimino5-aminoimidazol-4-cartx)xamida

Figura 3. Primeras etapas de la biosíntesis de histidina. A. Trifosfato deAM-(5'-fosforribosil)adenosina: pirofosfato fosforribosilo transferasa, o ATP fosforribosilo transferasa (EC 2.4.2.17). B. Fosforribosilo ATP pirofosfohidrolasa (EC 2.4.2.17). En Neurospora, esta enzima es trifuncional, catalizando también la reacción A antes citada y la conversión de histidinol en histidina (Fig. 1). C. 1 -/V-(5'-fosfo-D-ribosil)-AMP 1,6-hidrolasa, o fosforribosilo-AMP ciclohidrolasa (EC 3.5.4.19). E. Amidotransferasa y ciclasa. Presumiblemente se produce un producto intermedio por transferencia de nitrógeno desde la glutamina, seguido de ciclación para formar el anillo de imidazol del fosfato de glicerol-imidazol. No se conoce el producto intermedio, ni se han separado las actividades de amido transferasa y ciclasa.

primera etapa de este proceso es la ingestión de un antígeno por células accesorias (macrófagos), que digieren parcialmente las proteínas y «presentan» los péptidos a los precursores de las células T auxiliares. (Los linfocitos T auxiliares aumentan la producción de anti-cuerpos por los linfocitos B que reconocen el mismo antígeno que las células auxiliares; por lo que para que un péptido sea antigénico, tiene que estimular a la vez a los linfocitos T y B). Recientemente se ha descubierto que estos péptidos deben estar unidos a las moléculas la. En un estudio sobre la unión 436

de diversos péptidos a las moléculas la alélicas, se encontró que la capacidad de un péptido para unirse a una determinada molécula la está estrechamente relacionada con su antigenicidad en una cepa de ratón que expresase el mismo antígeno la, de ma-nera que los péptidos que no se unen a moléculas ¡a de una determinada cepa de ratón no son antigénicos en tal cepa. [S. Buus etal., Science, 235 (1987) 1353-1358], Los genes conocidos de la respuesta inmune influyen, in viíro, en la producción de anticuerpos, la hipersensibilidad de tipo retardado y la pro-

Holarrena, alcaloides de H HC ^ C - C H 2 - C - C O O H

I

I

N^

^NH H

I

NH 2

*

H C - C H = C-COOH

HC >

' NH,

Histidina

I

I

Il C

B

I V

H20 Ácido urocánico

H C-CH2-CHz-Ce^H

I

N H

H

Ácido 4-imidazolona-5-propiónico

h2O Ácido N'-Formiminotetrahidrofólico

Ácido glutámico

Ácido tetrahidrofólico

0 II

HO-C(Véase unidades activas de Un carbono)

H -C-CH2-CH2-COOH

HN^NH

Figura 4. Degradación de la histidina. A. L-Histidina-amonio liasa (histidasa) (EC 4.3.1.3). B. 4-Imidazol-5-propionato hidroliasa (urocanasa) (EC 4.2.1.49). C. 4-Imidazolona-5-propionato amidohidrolasa (EC 3.5.2.7).

liferación de células T. Los genes Ir potenciadores se sitúan en las subregiones A, B, C o E de la parte / del complejo H-2 (MHC) del ratón; los genes Ir supresores en la subregión J de la región I. Los genes MHC de clase IH codifican proteínas séricas formadas por tres cadenas polipeptídicas, a , P y y, unidas covalentemente, con M respectivas de 87.000, 78.000 y 33.000. Está proteína es el componente C4 del sistema del Complemento (véase) clásico. Otros componentes del complemento codificados por genes asociados al MHC son el C3 en el ratón, Bf en el cobaya, hombre y ratón y C2 en el hombre. [J. Klein «The Major Histocomatibility Complex of the Mouse», Science 203 (1979) 516-521; H.L. Ploegh et al, Celi 24 (1981) 287-299]. Histonas (Histones): grupo de proteínas básicas que forman complejos reversibles con el DNA denominados nucleohistonas. Se conoce la estructura primaria de la mayoría de ellas. Se dividen en tres grandes grupos: HI (I, f l ) rica en lisina; H2a y H2b (Ubi y IIb2, f2a y f2b), moderadamente ricas en lisina; y H3 (IH, f3) y H4 (IV, f2al) ricas en arginina. Se han aislado octámeros en forma soluble, conteniendo cada uno dos moléculas de H2a, H2b, H3 y H4; los experimentos con marcadores radiactivos indican que estos octámeros se separan conservativamente durante la replicación de la cromatina. [I.M.

Leffak, Nature 307 (1984) 82-85]. El DNA rodea los núcleos de octámeros dando a la cromatina aspecto de cuentas de collar. La H1 está presente en menores cantidades que las otras H„ y se cree que actúa como agente de unión entre las cuentas de collar (cuerpos nu) de la cadena de cromatina. Hístopina (Histopine): Véase D-Octopina. hMG (hMG): abrev. de Gonadotropina menopáusica humana. HMTPP: véase pirofosfato de Tiamina. Hoja de trébol, modelo en (Cloverleaf model): véase RNA de transferencia. Holarrena, alcaloides de (Holarrhena alkaloids), alcaloides de kurchi: grupo de alcaloides esteroides que constituyen la sustancia activa característica de las plantas del género Holarrhena (Apocynaceae). Los representantes aislados hasta el momento (unos 50) son derivados formales del hidrocarburo pregnano (véase Esteroides), sustituido en las posiciones 3 y 20 con grupos amino o metilamino, p.ej., holarrimina y conesina (Fig.). En el compuesto más ampliamente distribuido, la conesina, y su derivado 12P-hidroxi, la holarrenina, el grupo amino 20 está unido al C-18 formando un anillo de pirrolidina. La conesina es importante como sustancia inicial para la síntesis de aldosterona. Los A.H. disminuyen la presión sanguínea de manera similar al curare, y tienen efectos 437

Holarrenina

diuréticos y narcóticos. La corteza del arbusto Holarrhena antidysenterica, rica en alcaloides, se emplea en la India para el tratamiento de la disentería. Se biosintetizan a partir de colesterol y pregnenolona.

Holarrenina (Holarrhenine): véase alcaloides de Holarrena. Holarrimina (Holarrhimine): véase alcaloides de Holarrena. Holoenzima (Holoenzyme): véase Coenzima. Holósidos (Holosides): compuestos formados por residuos de azúcar unidos por enlaces glicosídicos, p.ej., los oligo- y polisacáridos. Holoturinas (Holothurines): grupo de compuestos altamente tóxicos presentes en los cohombros de mar (Holothurioidea). Son saponinas triterpénicas (véase Saponinas) cuyas agliconas son las holoturinogeninas, y contienen los azúcares D-glucosa, D-xilosa, 3-(0)-metilglucosa y D-quinosa. Representante importante es la holoturina A del cohombro de mar Actinopyga agassizi, que contiene también un grupo sulfato, y cuya aglicona es la 22,25-óxidoholoturigenina. Holoturinogeninas (Holothurinogenins): véase Holoturinas. Horneo box (Horneo box): secuencia de pares de bases del DNA altamente conservada, de aproximadamente 180 kilobases de longitud, identificada en insectos y otros artrópodos, en gusanos anélidos y en cordados, incluyendo el Homo sapiens. El término deriva de «homeosis», que es la sustitución de una estructura corporal por otra homóloga, p.ej., una antena por una pata en ciertas moscas mutantes. En insectos, se ha demostrado que varios genes que controlan el desarrollo de segmentos corporales contienen H.b., y no se conoce ningún gen que contenga la secuencia horneo que no esté relacionado con el 438

desarrollo embrionario. No se conocen las funciones de los genes que contienen H.b. en animales distintos a los insectos. La traducción conceptual de la H.b. (es decir, la determinación de los polipéptidos que codificarían si se tradujesen in vivo) sugiere que se traducirían en gran número de aminoácidos básicos, por lo que podrían codificar un dominio de unión al DNA de las proteínas de las que formen parte. [W.J. Gehring, Cell 40(1985) 3-5], Homoarginina (Homoarginine), abrev. Har: homólogo superior de la arginina, con un grupo metileno adicional en la cadena lateral. Homocisteína (Homocysteine), abrev. Hcy: homólogo superior de la cisteína, con un metileno adicional en la cadena lateral. Homocisteinemia (Homocysteinemia): véase Errores congénitos del metabolismo. Homocistinuria (Homocvstinuria): véase Errores congénitos del metabolismo. Homoesteroides (Homosteroids): véase Esferoides. Homoferreirina (Homoferreirin): 5,7dihidroxi-4'-6'-dimetoxi-isoflavanona, véase Isoflavanona. Homogenado celular (Cell homogenate): véase Proteínas. Homoglicanos (Homoglycans): polisacáridos de cadena lineal o ramificada que contienen un solo tipo de residuos de monosacárido, ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Incluyen los arabanos, xilanos, glucanos, fructanos, mananos, galactanos, la amilosa y amilopectina que componen el almidón, la celulosa y el glucógeno. Homologización (Homologization): véase Glucosinolato. Homopolímero (Homopolymer): polímero constituido por unidades monoméricas idénticas, p.ej., la amilosa y la polifenilalanina. En sentido estricto, son polinucleótidos sintéticos en los que todos los nucleótidos tienen la misma base, p.ej., los ácidos poliadenílico, poliuridílico, polidesoxiadenílico, etc. La síntesis in vitro de H. en sentido estricto se realiza a partir de di- o trifosfatos de nucleósidos con las polimerasas apropiadas; no necesita molde, pero sí un oligonucleótido iniciador. Los difosfatos se polimerizan por la acción de una polinucleótido fosforilasa. En general son de cadena sencilla, ocasionalmente de doble cadena. Se encuentran en forma natural, especialmente las secuencias

Hormona juvenil

poli (A), en algunos RNA de eucariotas (véase mRNA). Homopterocarpina (Homopterocarpin): 3,9dimetoxipterocarpano, véase Pterocarpanos. Hordeína (Hordein): véase Prolamina. Hordenina (Hordenine), anhalina: N,Ndimetil-tiramiria, amina biógena ampliamente distribuida en la naturaleza; p.f. 117-118°C, p.e. 173-174°C. Como derivado de la feniletilamina, es una de las aminas que aumenta la presión sanguínea, pero tiene actividad fisiológica baja. Hormona antidiurética (Antidiuretic hormone): véase Vasopresina. Hormona de ajuste del color (Lightening hormone): Pyr-Leu-Asn-Phe-Ser-Pro-Gly-TrpNH2, neurohormona producida por las glándulas del pedúnculo del ojo de los crustáceos. Mr 930. Se libera en las terminaciones nerviosas de la glándula en respuesta a estímulos visuales y controla los gránulos de pigmento de los cromatóforos hipodérmicos, de manera que el animal adapta su color al del medio que le rodea. Hormona de la floración (Flowering hormone), antesina, florígeno, vernalina: principio demostrado fisiológicamente pero que no se ha aislado ni caracterizado químicamente. El nombre original de «florígeno» se ha sustituido por «antesina». Se sintetiza en las hojas en las condiciones que inducen la floración y es transportada a los extremos del brote, donde transforma el meristemo apical en el primordio floral. Interacciona con la giberelina. Puede ser una mezcla específica de otras hormonas de plantas y otros reguladores endógenos del crecimiento aún no identificados. Hormona de la maduración de la fruta (Fruit ripening hormone): véase Etileno. Hormona de la muda (Molting hormone): véase Ecdisona. Hormona del crecimiento (Growth hormone): véase Somatotropina. Hormona del páncreas de pollo (Chicken pancréas hormone): hormona polipeptídica (véase Hormonas peptídicas) que se encuentra en forma de amida. Consiste en 36 residuos de aminoácidos; se conoce su estructura primaria, pero no su función. M 4.237. Hormona estimulante de la tiroides (Thyroid stimulating hormone): véase Tirotropina. Hormona estimulante de las células intersticiales (Interstitial cell stimulating hormone): véase Hormona luteinizante.

Hormona estimulante del melanocito (Melanocyte stimulating hormone): véase Melanotropina. Hormona foliculoestimulante (Folliclestimulating hormone), folitropina: glicoproteina àcida que contiene muchos residuos de glutamato, treonina y cisteína. Contiene 27% de glícidos, principalmente ácido siálico, galactosa, manosa y glucosamina, con pequeñas cantidades de galactosamina y fucosa; todo el ácido siálico está acetilado. El glícido es necesario para la actividad biológica, ya que su eliminación enzimàtica inactiva la hormona. Se conoce su secuencia completa de aminoácidos. Está formada por dos cadenas peptídicas; la cadena a tiene 92 aminoácidos, con glícidos unidos a la asparagina en las posiciones 52 y 78. Esta cadena es casi idéntica a la cadena a de la Gonadotropina coriónica humana (véase), pero distinta de la cadena a de la hormona luteinizante humana. La cadena P presenta microheterogeneidad en los extremos N y C\ consta de 108-115 residuos, en secuencia única para esta hormona. Hormona foliculoestimulante, hormona liberadora de la (Follicle-stimulating-hormone releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona inhibidora de la liberación de melanotropina (Melanotropin release inhibiting homone): véase Hormonas liberadoras. Hormona inhibidora de la liberación de prolactina (Prolactin release inhibiting hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona inhibidora de la liberación de somatotropina (Somatotropin release inhibiting hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona juvenil (Juvenile hormone), hormona larvaria, hormona del status-quo: hormona de los insectos que controla la muda. La primera que se aisló y de la que se determinó su estructura se obtuvo de abdómenes de mariposas macho del gusano de seda (Hyalophora cecropia), en cantidades de 200 |ig.

i

Hormona juvenil de Cecropia. 439

Hormona liberadora de melanotropina

Posteriormente se han descubierto sustancias homologas a ella y se ha postulado la existencia de otras. Compuestos naturales con actividad de hormona juvenil son, p.ej., la Juvabiona (véase) y los derivados del farnesol. Algunas sustancias sintéticas son más activas que la H.j., y su uso en la lucha integral contra los insectos deberá incrementarse en el futuro. Hormona liberadora de melanotropina (Melanotropin releasing homone): véase Hormonas liberadoras. Hormona liberadora de prolactina (Prolactin releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona liberadora de somatotropina (Somatotropin releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona liberadora de tirotropina (Thyrotropin releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona P-lipotrópica (^-Lipotropic hormone), fí-LPH: péptido melanotrópico de la pituitaria de diversas especies. Contiene la estructura completa de la p-melanotropina entre los residuos 41-58 (véase Péptidos, Fig. 3). En la actualidad se sabe que la (5-MSH (véase Melanotropina) es en realidad un artefacto formado a partir de la P-LPH durante su extracción de la pituitaria. [P.J. Lowry & A. P. Scott Gen. Comp. Endocrinol. 26 (1975) 16]. Hormona luteinizante (Luteinizing hormone), LH, lutropina, gonadoíropina II, prolano B, metacentrina, hormona de maduración del cuerpo lúteo, hormona estimulante de las células intersticiales, ICSH: una gonadotropina importante. Es una glicoproteína, M 26.000,22% de glícidos. La LH bovina está formada por una cadena a (96 aminoácidos, Ai 10.791) y una P (119 aminoácidos, M 12.715), de estructuras primarias conocidas. La cadena a es idéntica a las de la hormona foliculoestimulante, la tirotropina y la gonadotropina coriónica; la P es específica de la hormona. Actúa con la hormona foliculoestimulante, estimulando el crecimiento de las gónadas y la síntesis de hormonas sexuales. Hormona luteinizante, hormona liberadora de la (Luteinizing hormone releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Hormona luteotrópica (Luteotropic hormone): véase Prolactina. Hormonas (Hormones): compuestos orgánicos producidos y reconocidos como señales 440

intercelulares por casi todos los organismos. Se encuentran generalmente a concentraciones muy bajas, ÍO-'MO"15 moles por mg de proteína tisular en el caso de la H. liberadora hipotalámica, la H. similar a la pituitaria y las H. gastrointestinales de los animales. Tienen H. las plantas, los organismos unicelulares y los animales; a medida que se desarrollaron los sistemas nerviosos, algunas H. han pasado a actuar como neurotransmisores, p.ej., la acetilcolina y algunas H. peptídicas. La existencia de un sistema endocrino independiente es filogenèticamente más reciente, y sólo se encuentra en vertebrados. Existe un paralelismo entre las neuronas que secretan neurotransmisores y neurohormonas y las células glandulares endocrinas que secretan la H. glandular especializada. Tienen estructuras químicas muy diversas: hay H. Esteroides (véase), derivadas de aminoácidos (p.ej., Adrenalina, Tiroxina, Auxinas, véanse), Peptídicas (véase), Proteicas (véase) y derivados de ácidos grasos (véase Prostaglandinas). En las plantas, la mayoría de las Citocininas (véase) son derivados de adenina. Las H. de los insectos (véase) se describen por separado. La acción de todas las H. se inicia por su unión a un receptor específico en la membrana de la célula «diana» (p.ej., insulina, adrenalina) o dentro de la célula (p.ej., H. esteroides). Lo que ocurre después depende de la H. y de la célula. En muchos casos, la H. actúa como «primer mensajero» que activa un «segundo mensajero» (con frecuencia cAMP, véase f o s f a t o s de Adenosina) dentro de la célula. El cAMP puede activar una proteína quinasa (o el propio receptor es una proteína quinasa activada por la H.) que a su vez activa otras enzimas clave alterando el metabolismo de la célula (véase Modificación post-traduccional de las proteínas) o la permeabilidad de su membrana a los iones u otras moléculas. Las H. esteroides se unen a sus receptores intracelulares formando un complejo que interactúa con la cromatina nuclear; ello constituye, posiblemente, el mecanismo de la activación gènica por H. Las H. peptídicas también pueden influir en la expresión del gen; en algunos casos parece que es por la acción de histona quinasas activadas por la H. Generalmente, las H. están sometidas a una rápida inactivación y/o degradación y excreción. Biosíntesis, almacenamiento y secreción: En los animales hay dos tipos de células endocrinas:

Hormonas las que sintetizan H. proteicas y peptídicas y las que sintetizan esteroides. En las primeras, la producción de H. es estimulada por neurotransm i s o r e s ( i n c l u y e n d o los l i b e r a d o s p o r las neuronas que hacen sinapsis con ellas), por otras H. o por productos metabólicos o sustancias de la dieta. Las H. o sus precursores (p.ej., proinsulina) sintetizadas en los ribosomas entran en el aparato de Golgi de la célula, salen de él en el interior de pequeñas vesículas y se almacenan en el citosol. Cuando se necesitan, lo que se indica por diversos estímulos (p.ej., elevados niveles de g l u c o s a ) , las v e s í c u l a s se m u e v e n h a c i a la membrana de la célula y liberan la H. a la corriente sanguínea. C u a n d o se e s t i m u l a la célula, se deben sintetizar o activar las enzimas necesarias para la biosíntesis de H. esteroides; p.ej., la corticotropina hace que el colesterol se transf o r m e en g l u c o c o r t i c o i d e s en las g l á n d u l a s suprarrenales. L a s H. e s t e r o i d e s no se a l m a c e n a n , y el correspondiente sistema enzimàtico se activa o desactiva rápidamente. Las células que producen H. esteroides tienen el aparato de Golgi y el retículo endoplásmico liso muy desarrollados, así como abundantes gotas lipídicas y lisosomas. Las H. son transportadas en f o r m a libre o ligadas a proteínas o iones específicos. La oxitocina, p.ej., se une a neurofisina, y es transportada dentro del axón de un nervio desde el hipotálamo al lóbulo posterior de la hipófisis, d o n d e se almacena; dicha unión es poco firme, no covalente y fácilmente disociable. Lo mismo ocurre con el transporte de H. en la corriente sanguínea. Se puede determinar la constante de disociación del complejo H.-transportador de algunas H. Las a l b ú m i n a s t r a n s p o r t a n s o m a t o t r o p i n a , las globulinas que unen esteroides poseen una a f i n i d a d r e l a t i v a m e n t e e l e v a d a p o r las H. esteroides, algunas de las cuales tienen proteínas de transporte específicas, p.ej., el cortisol es transportado por la transcortina. Sin embargo, la albúmina, que posee una afinidad relativamente baja por las H. esteroides, se encuentra a una concentración tan elevada que se une a la may o r p a r t e d e las H . e s t e r o i d e s c i r c u l a n t e s inactivándolas parcialmente, pero también las estabiliza y las protege contra el ataque enzimàtico. Cualquier método de determinación de H. en la sangre debe tener en cuenta el hecho de que éstas pueden encontrarse tanto en forma libre como ligada.

Inactivación de las H.: La acción de una H. se d e t i e n e i n m e d i a t a m e n t e si 1) su s e g u n d o m e n s a j e r o es un n u c l e ó t i d o c í c l i c o q u e se hidroliza enzimàticamente a m o n o n u c l e ó t i d o (p.ej., c A M P a 5'-AMP); o 2) si la H. se degrada enzimàticamente. Las H. peptídicas y proteicas son inactivadas por las enzimas proteolíticas, las catecolaminas por las monoaminooxidasas; las H. e s t e r o i d e s se i n a c t i v a n p a r c i a l m e n t e p o r o x i d a c i ó n o r e d u c c i ó n (en el h o m b r e , p.ej., aproximadamente el 50% de los estrógenos se oxidan a catecoles monoestrogénicos). Tanto las H. e s t e r o i d e s a c t i v a s c o m o s u s m e t a b o l i t o s inactivos se convierten en glucurónidos o sulfatos, que se excretan por la orina y la bilis. Regulación de los efectos hormonales: En cualquier e f e c t o h o r m o n a l hay q u e tener en cuenta dos aspectos: 1) no se producen efectos hormonales aislados. Las H. tienen un papel determinado, pero no dominante, en la regulación del metabolismo intracelular y del metabolismo global. 2) Los efectos de las H. se reconocen g e n e r a l m e n t e p o r c a m b i o s en la a c t i v i d a d enzimàtica. Cada efecto hormonal está sujeto a un ajuste fino. Las propias H., los productos metabólicos que dependen de ellas y el sistema n e r v i o s o i n t e r a c t ú a n en un m e c a n i s m o d e retroalimentación. En la mayoría de los casos, la síntesis y secreción de la primera H. de un sistema se inhiben, por retroalimentación negativa, por la H. cuya producción estimula. Un e j e m p l o c l á s i c o de c o o r d i n a c i ó n de v a r i o s c i r c u i t o s r e g u l a d o r e s es el s i s t e m a c o m p u e s t o por el hipotálamo (hormonas liberadoras), el lóbulo anterior de la hipófisis (H. hipofisiaria) y el órgano diana, en el que se ejerce retroalimentación en cada uno de los niveles. Patobioquímica: D e b i d o a la e s t r e c h a coordinación que existe entre las H. y el sistema nervioso con el metabolismo, cualquier problema en la síntesis, secreción o transporte de H., la falta de receptores o un trastorno en el catabolismo h o r m o n a l se r e f l e j a en u n a p a t o l o g í a en el m e t a b o l i s m o g l o b a l . L a f a l t a de m i n e r a l o corticoides, p.ej., produce la ruptura del balance hídrico y mineral; el exceso o defecto de somatotropina, la hormona del crecimiento, produce gigantismo o enanismo; desajustes en el sistema tiroideo (véase Tiroxina) perturban el metabolismo energético y producen hiper o hipotiroid i s m o ; las f u n c i o n e s s e x u a l e s y el n o r m a l desenvolvimiento del embarazo se pueden ver 441

Hormonas de insectos

severamente afectados cuando las Gonadotropinas (véase) y las Hormonas gonadales (véase) están hipo o hiperactivadas; y existen evidencias de que ciertos trastornos psiquiátricos se deben a desequilibrios de las H. peptídicas o los neurotransmisores. Métodos de determinación: las H. se pueden analizar por métodos biológicos, químicos o inmunológicos. Las técnicas tradicionales son biológicas, p.ej., la prueba del embarazo en la que las gonadotropinas de la orina hacen madurar los folículos de los ovarios de la ratona. También se necesitan análisis de actividad biológica para demostrar que una H. sintetizada en el laboratorio tiene la misma estructura que la natural. Las H. de estructura simple se pueden detectar por métodos químicos, p.ej., cromatografía de gases para la detección de prostaglandinas. En la actualidad, la mayor parte del trabajo se realiza con métodos inmunológicos o radioinmunoanálisis, los únicos con sensibilidad para detectar las pequeñas cantidad de H. en los tejidos. Un método indirecto para demostrar la síntesis de H. en las células es el que emplea una sonda radiactiva de DNA clonada para el gen correspondiente. Si en la muestra hay mRNA para la H. (peptídica o proteica), se hibrida con el DNA y se detecta por autorradiografía. [K. Talmadge, N.C. Vamvakopoulos & J.C. Fiddes, Nature 307 (1984) 37-40]. Véase Coriogonadotropina. Hormonas de insectos (Insect hormones): sustancias que controlan el ciclo vital de los insectos, de bajo peso molecular en general. Hay tres hormonas implicadas en la dirección del desarrollo postembrionario de los insectos: 1. Hormona de activación (hormona del cerebro, factor adenotrópico), 2. Hormona de la muda (véase Ecdisona) y 3. Hormona juvenil. Las mudas son inducidas por la hormona de activación, un polipéptido producido en el cerebro, cuyo efecto es aumentar la síntesis del RNA en las glándulas de la muda, a la vez que en la glándula protorácica se segrega una hormona de la muda. Esta hormona tiene estructura esteroide o de su precursor biogenètico. La hormona juvenil, un sesquiterpeno de los corpora aliata, determina el tipo de muda. Concentraciones altas de esta hormona determinan una muda larval, y concentraciones bajas una muda pupal. Cuando sólo actúa la hormona juvenil se produce una muda imago. La ecdisona y compuestos estructuralmente relacionados están ampliamente distribuidos en 442

el reino vegetal, con frecuencia a concentraciones elevadas (fitoecdisonas). Por ejemplo, 15 kg de hojas frescas de tejo tienen 300 mg de ecdisterona, cantidad que se obtiene a partir de 6.000 kg de pupas de insectos. Además de los compuestos naturales, gran número de análogos sintéticos tienen alta actividad en pruebas biológicas, especialmente actividad de hormona juvenil. Es de esperar que con estas sustancias biológicas, que no dañan el medio ambiente, se puedan combatir los insectos perjudiciales; algunas de ellas ya se emplean. Hormonas de invertebrados (Invertebrate hormones), hormonas de los animales invertebrados): las mejor estudiadas son las hormonas de los insectos y los crustáceos. Muchas de ellas no se han caracterizado químicamente, pero se conocen las estructuras y los efectos bioquímicos de dos de ellas, la Ecdisona (véase) y la Hormona juvenil (véase). Hormonas del embarazo (Pregnancy hormones): véase Progesterona. Hormonas de liberación (Releasing hormones),factores de liberación, liberinas, estatinas: grupo de neurohormonas peptídicas sintetizadas en distintas zonas del hipotálamo. Se liberan en los capilares de los vasos portales de la eminencia media del hipotálamo, y son transportadas a la pituitaria anterior donde regulan la producción y secreción de hormonas tróficas (p.ej., tireotropina, somatotropina, gonado-tropinas). Las H.l. se producen en las células nerviosas y su síntesis representa la conversión de un estímulo eléctrico en una señal hormonal. Se almacenan en la eminencia media del hipotálamo en cantidades de nanogramos. En la pituitaria anterior actúan por medio del sistema de la adenilato ciclasa, y se degradan después por proteólisis. Hormona liberadora de tirotropina, factor (TRF), liberador de hormona tirotrópica tiroliberina: Pyr-His-Pro-NH 2 (Piroglutamil-Lhistidil-L-prolinamida), M 262. Se ha encontrado la misma hormona en todas las especies investigadas hasta ahora. La secreción de TRF está promovida por neurotransmisores, p.ej., noradrenalina, y se inhibe por la serotonina. Estimula la producción y secreción de tirotropina en la pituitaria anterior, la cual estimula a su vez a la glándula tiroides para que segregue tiroxina y triyodotironina; estas hormonas ejercen control por retroalimentación sobre la secreción de TRF y tirotropina. La TRF estimula también la secre-

Hormonas de vertebrados

ción de prolactina y actúa como neurotransmisor en el sistema nervioso central. Factor de liberación de la hormona luteinizante (LRH), luliberina: el decapéptido PyrHis-Trp-Ser-Gly-Leu-Arg-Pro-Gly-NH 2 , Ai 1.182, que estimula, en la pituitaria anterior, la síntesis y secreción de las hormonas luteinizante (LH) y foliculoestimulante (FSH), por lo que se ha sugerido que la LRH se denomine factor de liberación de gonadotropina (GRF) y gonadoliberina. La síntesis de LRH está regulada por el sistema nervioso central y sometida a influencias ambientales (tiempo del año, luz, estímulos olfatorios, estimulación sexual). Las LH y FSH estimulan la producción de hormonas sexuales en las gónadas. El LRH actúa como neurotransmisor en el sistema nervioso central; se mide por técnicas radioinmunológicas. Factor de liberación de la hormona folículoestimulante (FRH), foliliberina: es químicamente idéntico al LRH. Factor de liberación de corticotropina (CRF), hormona de liberación de corticotropina: polipéptido de 41 aminoácidos [J. Spiess et al., Proc. Nat. Acad. Sei. USA 78,6517-6521 (1981)] que estimula la secreción de ß-endorfina y corticotropina en la pituitaria anterior y en otras áreas del sistema nervioso central. La corticotropina estimula la síntesis y secreción de glicocorticoides en las glándulas suprarrenales, los cuales inhiben la secreción de CRF o la respuesta de la pituitaria anterior para liberar la hormona (retroalimentación negativa). La ß-endorfina, a su vez, inhibe la secreción de LRH en las neuronas que controlan el comportamiento sexual. Tres de las siete hormonas de la pituitaria anterior no actúan sobre las glándulas endocrinas, pero influyen directamente sobre el metabolismo tisular. No hay mecanismo de retroalimentación hormonal para el control de estas tres hormonas, el cual se ejerce por la acción de las hormonas de inhibición de la liberación. Factor de liberación de somatotropina (SRF), hormona de liberación de somatotropina, somatoliberina: Se desconoce la identidad de la hormona nativa, pero en el cerdo se ha encontrado un decapéptido, Val-His-Leu-Ser-Ala-Glu-GlnLys-Glu-Ala, Ai 1.112, que estimula la síntesis y secreción de somatotropina, al que se denomina SRF.

Hormona inhibidora de la liberación de somatotropina (SIH), somatostatina: polipéptido, Ai 1.638, que inhibe la secreción de somatotropina, tirotropina, insulina, glucagón, gastrina y colecistocinina. Tiene una actividad de amplio espectro; fuera del hipotálamo, actúa como neurotransmisor en el sistema nervioso central, y como hormona en el tracto intestinal; se ha encontrado también en la tiroides y en el páncreas.

Ala-Gly-Cys-Lys-Asn-Phe-Phe-Trp-Lys-Thr-Phe-Thr-Ser-Cys

Factor de liberación de prolactina (PRF), hormona de liberación de prolactina, prolactoliberina: se cree que es idéntica al factor de liberación de tirotropina. Se desconoce la estructura de la Hormona inhibidora de la liberación de prolactina (PIH) (prolactostatina). El PRF inhibe la síntesis y secreción de prolactina en la pituitaria anterior. Factor de liberación de melanotropina (MRF), hormona de liberación de melanotropina, melanoliberina: estructuralmente corresponde al anillo hexapeptídico de la Oxitocina (véase) abierto, sin la cadena lateral de tripéptido, es decir, Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cya. Hormona inhibidora de la liberación de melanotropina (MIH), melanostatina: es estructuralmente equivalente a la cadena peptídica lateral de la oxitocina, Pro-Leu-Gly-NH2 (bovina, de rata) y a la Pro-His-Phe-Arg-Gly-NH2 (bovina). El MRF estimula, y la MIH inhibe, la síntesis y secreción de melanotropina en la pituitaria anterior, produciendo, respectivamente, oscurecimiento o aclaramiento de la piel de los anfibios. Hormonas de vertebrados (Vertebrate hormones): hormonas de los animales vertebrados. Según los estudios sobre relaciones filogenéticas entre ciertas proteínas, proteohormonas y hormonas peptídicas, parece estar justificada la separación de H.v y Hormonas de invertebrados (véase). Químicamente, las H.v. forman un grupo heterogéneo que se subdivide en Hormonas esteroides (véase), hormonas derivadas de aminoácidos (véanse Tiroxina, Adrenalina, Melatonina), Hormonas peptídicas (véase), Proteohormonas (véase), y hormonas derivadas de ácidos grasos (véase Prostaglandinas). Sin embargo, no hay diferencias 443

Hormonas endocrinas

fundamentales entre H.v. y de invertebrados con respecto a la estructura química o al modo de acción bioquímica. Hormonas endocrinas (Endocrine hormones): hormonas producidas por células especializadas de glándulas endocrinas y liberadas al flujo sanguíneo. Son distintas a las Hormonas tisulares (véase), producidas por células individuales de tejidos especializados para otras funciones. Hormonas esteroides (Steroid hormones): esteroides que actúan como hormonas. Comprenden los Corticoesteroides suprarrenales (véase), las hormonas sexuales (véase Hormonas gonadales), la Ednisona (véase) y hormonas de la muda relacionadas, y la hormona sexual vegetal Anteridiol (véase). También se incluye el 1,25dihidroxicolecalciferol (metabolito activo del secoesteroide de la vitamina D}). Antes se pensaba que las H.e. se unían a receptores específicos del citosol de los tejidos diana y que el complejo receptor-H.e. entraba después en el núcleo, pero esta hipótesis, ampliamente aceptada, parece que debe ser desechada. El receptor está en la matriz nuclear, y los receptores citosólicos representan un artefacto reproducible debido a la liberación del receptor nuclear por la homogeneización y dilución de los componentes celulares con tampón homogenizador. La globulina que se une a esteroides sexuales (SBG) puede desempeñar un papel activo en la entrada de las H.e. en las células diana. Así, la SBG (purificada a partir de suero sanguíneo retroplacentario) marcada con l25I se une específicamente a las membranas plasmáticas del endometrio decidual humano sólo cuando transporta estradiol. [J. Gorski et al. Mol. Cell. Endocrinol. 36 (1984) 11-15; P.J. Sheridan et al. Nature 282 (1979) 579-582; H.R. Walters et al. J. Biol. Chem. 255 (1980) 6799-6905; K. Liimpaphayon etal. J. Obstetr. Gynecol. III, No.8 (1971) 1064-1068; N.I. Zhukef al. Biochemistry (URSS) 50 (No.7, part 1) (1986) 936-939]. Hormonas glicoproteicas (Glycoprotein hormones): término aplicado a las dos gonadotropinas de la pituitaria (hormonas luteinizante y foliculoestimulante), a la coriogonadotropina y a la tirotropina, las cuales comparten la siguiente estructura: 2 subunidades peptídicas ( a y P), ambas glicosiladas y entrecruzadas internamente por puentes disulfuro, constituyendo por tanto una 444

familia de la que, en sentido estricto, se excluyen otras hormonas proteicas glicosiladas, p.ej., la eritropoyetina. En la actualidad, la Inhibina (véase) se incluye en esta familia. [J.G. Pierce & T.F. Parsons Ann. Rev. Biochem. 50 (1981) 465495], Hormonas gonadales (Gonadal hormones), hormonas sexuales: grupo de hormonas esteroides, biológicamente importantes, que se producen en las gónadas masculinas (testículos) y femeninas (ovarios). Determinan el carácter masculino o femenino de un organismo porque afectan al normal desarrollo y función de los órganos sexuales y a la expresión de los caracteres sexuales secundarios. Se clasifican en masculinas (véase Andrógenos) y femeninas; estas se clasifican en Estrógenos y Gestágenos (véanse) por sus efectos fisiológicos diferentes. Hormonas inhibidoras de la liberación (Release inhibiting hormones): véase Hormonas de liberación. Hormonas larvarias (Larval hormones): véase Hormonas juveniles. Hormonas neurohipofisarias (Neurohypophysial hormonas): grupo de hormonas producidas en el hipotálamo (no en la hipófisis, como el nombre sugiere; véase Hipófisis). El espectro de acción de las hormonas Oxitocina y Vasopresina (véanse), antiguas desde el punto de vista filogenético, se extiende desde efectos sobre el músculo liso del útero, las glándulas mamarias y los vasos sanguíneos, hasta la alteración de la permeabilidad de la piel, la vejiga urinaria y los túbulos renales. La proteína transportadora de las H.n. es la Neurofisina (véase). Son moléculas pequeñas (nonapéptidos) y representan un modelo ideal para el estudio del mecanismo de la acción hormonal a nivel biológico molecular. Hormona somatotrópica (Somatotropic hormone): véase Somatotropina. Hormonas del status-quo (Status-quo hormones): véase Hormonas juveniles. Hormonas peptídicas (Peptide hormones): grupo de hormonas con la estructura química y las propiedades físicas de los péptidos. La más pequeña, la hormona liberadora de tireotropina, es un tripéptido; la mayoría son oligopéptidos con 5-30 residuos; véase Oxitocina, Vasopresina, Hormonas de liberación, Péptidos opioideos. Aunque se consideran separadamente de las Proteohormonas (véase), existe un amplio conjunto de compuestos activos hormonalmente

Hyp que incluye desde H.p. hasta hormonas proteicas. Sin embargo, hay diferencias y similaridades: algunas H.p. son sintetizadas a partir de aminoácidos por sintetasas específicas (p.ej., las hormonas de liberación), y muchas se forman por proteólisis de precursores proteicos (p.ej., la Angiotensina, véase). Las H.p. actúan principalmente por medio del sistema de la adenilato ciclasa (véase fosfatos de Adenosina) y se degradan por enzimas proteolíticas. El análisis de sus secuencias revela que muchas pueden adoptar estructuras secundarias anfifílicas estables en la interfase membrana/medio acuoso. Tales estructuras son importantes para la acción de las H.p., como demuestran los estudios con análogos sintéticos que tienen la misma o diferente anfifilicidad que las H.p. naturales, pero distinta estructura primaria [E.T. Kaiser & F.J. Kezdy, Science, 223 (1984) 249-255], Hormonas tisulares (Tissue hormones): hormonas producidas por células especializadas, diseminadas en un tejido en vez de estar agrupadas en una glándula (véase Hormonas). Se reúnen en tres grupos: 1. Secretina, Gastrina y Colecistocinina (véanse) del tracto gastrointestinal; 2. Angiotensina y Bradicinina (véanse) que se encuentran en forma de precursores inactivos en la sangre; y 3. Aminas biógenas (véase) como Histamina, Serotonina, Tiramina y Malatonina (véanse). El último grupo es una

excepción a la regla de que las hormonas actúan en lugares alejados de las células que las producen, ya que afectan al tejido inmediatamente circundante. Hormonas vegetales (Plant hormones): véase Fitohormonas. Hp: abrev. de Haptoglobina. HSK, ciclo (HSK cycle): abrev. de Ciclo de Hatch-Slack-Kortschak. Huella digital, técnica de la (Finger print technique): véase Proteínas. Humulano, tipo (Humulane type): véase Sesquiterpenos (Fig.). Humulenos (Humulene): hidrocarburos sesquiterpénicos monocíclicos isoméricos, presentes en diversos aceites aromáticos, Mr 204.36. a Humuleno, oc-cariofileno, p.e.1(1123°C, p4 0,8905, nD 1,5508. El P-humuleno, p4 0,8907, nD 1,5012, tiene el mismo anillo de siete átomos que el isómero a, pero uno de los tres dobles enlaces es exocíclico. Se encuentra principal-mente en el aceite de lúpulo, junto a derivados oxigenados y P-cariofileno. Para las fórmulas y biosíntesis, véase Sesquiterpenos. Hunter, síndrome de (Hunter's syndrome): véase Errores congénitos del metabolismo. Hurler, síndrome de (Hurler's syndrome): véase Errores congénitos del metabolismo. Hyp: abrev. de Hipoxantina (véase) o Hidroxiprolina (véase).

445

IAA: véase Auxinas. Iboténico, ácido (Ibotenic acid): ácido a amino-3-hidroxi-5-isoxazol acético. M 158, p.f. 145°C (d.). Es un psicotropo, con débil acción insecticida que, c o m o el p r o d u c t o de su descarboxilación, el Muscimol (véase), pertenece al grupo de venenos de amanita. Sólo se encuentra en unas pocas especies de Amanita (falsa oronja), a una concentración media de 0,05% de peso fresco. Es muy activo desde el punto de vista farmacológico, pero menos que el muscimol en la mayoría de los análisis. Otros derivados del A.i. son el ácido eritro-dihidroiboténico y el ácido Tricolómico (véase). ICSH: véase Hormona luteinizante. Idaeína (Idaeine): véase Cianidina. IDP: abrev. de 5'-difosfato de inosina. I.E.P.: abrev. de Punto isoeléctrico. Ig: abrev. de Inmunoglobulinas. lie: abrev. de L-Isoleucina. IMP: abrev. de 5'-monofosfato de inosina (véase fosfatos de Inosina). IMP cíclico (Cyclo-IMP): abrev. de 3',5'-Monofosfato de inosina cíclico (véase fosfatos de Inosina). Inactivasas (Inactivases): véase regulación del Metabolismo. Incorporación específica, tasa de (Specific incorporation rate): véase Técnica de isótopos. Indicadores, métodos (Indicator methods): véase Métodos bioquímicos. Indicano (Indican): glucósido compuesto por indoxilo y una molécula de glucosa, p.f. 57°C, [a]¿5 - 6 6 ° (en agua), presente en plantas del género Indigofera, p.ej., el índigo (Indigofera tinctoria), la hierba de los tintoreros (Isatis tinctoria) y otras plantas superiores. Es precursor del índigo natural (véase). Indicaxantina (Indicaxanthin): pigmento amarillo de la chumbera (Opuntiaficusindica) del grupo de las betaxantinas. Se diferencia de la betanina por tener L-prolina en vez de ciclodopa.

Es el representante mejor conocido de las betaxantinas.

Indicaxantina índice terapéutico (Therapeutic índex): véase Dosis. índigo (Indigo): colorante azul oscuro, conocido desde tiempos remotos y especialmente valorado en la Edad media. Antiguamente se extraía de unas pocas especies de Indigofera, como I. tinctoria y la hierba de tintorero (Isatis tinctoria), que contiene el éster incoloro 5-oxifuranogluconato de indoxilo, mientras que la primera contiene el glucósido incoloro indoxil-PD-glucósido (indicano). Cuando las plantas su-

índigo fren algún daño, ambos compuestos se hidrolizan enzimáticamente a los correspondientes azúcares e indoxilo (3-hidroxi-indoI) que se transforma en I. por oxidación en el aire. El I. natural contiene hasta 95% de índigo, además de los pigmentos indirrubina e índigo marrón. En la actualidad se produce sintéticamente. Es resistente a la luz, a ácidos y bases, y particularmente adecuado para colorear el algodón y la lana. Anti447

ß - [Indol il - (3)], compuestos de

guarnente era el colorante orgánico más importante, pero en la actualidad lo son los halogenoderivados y otros colorantes indigoides. Su estructura se determinó en 1883. [E. Epstein et al., Nature 216 (1967) 547-549], p-[Indolil-(3)], compuestos de (P-[Indolyl(3)] compounds): véase Auxinas. Inducción (Induction): véase Inducción enzimàtica. Inducción enzimàtica (Enzyme induction): estimulación de la síntesis de enzimas por inductores. En bacterias, muchas enzimas catabólicas sólo se sintetizan cuando el sustrato apropiado está presente en el medio. El ejemplo clásico es la inducción de las enzimas del operón lac en Escherichia coli por su sustrato, lactosa (Fig.) (el verdadero inductor es alolactosa, derivado que se forma en pequeñas cantidades por reorganización de la lactosa). El gen regulador R codifica una proteína represora específica que, en ausencia del inductor, se une al correspondiente operador O y bloquea la transcripción de los genes estructurales z,yya, (control negativo). Al no sintetizarse el mRNA de estos genes, tampoco lo hacen las proteínas. Si se añade lactosa (o un inductor artificial) al medio, el inductor se une al represor inactivándolo e inhibiendo su unión al operador; los genes estructurales se pueden transcribir y se sintetizan las enzimas. La concentración de P-galactosidasa es unas 1.000 veces mayor en células inducidas que en las que crecen en otros medios. La presencia de glucosa impide la inducción de P-galactosidasa por la lactosa; esto se debe a la Represión por catabolito (véase). También existe I.e. en organismos superiores, aunque no se conoce bien el mecanismo. Hormonas o sustratos pueden producir un gran aumento de la síntesis de una enzima determinada. Por ejemplo, la hormona ecdisona induce la dopa descarboxilasa en insectos, y el nitrato (como sustrato) induce la nitrato reductasa en plantas superiores (véase Activación gènica). Inductor (Inducer): compuesto químico que estimula la síntesis de enzimas (véase Inducción enzimàtica). Pueden ser sustratos de enzimas u otro efector, como una hormona. Inductores embrionarios (Embryonal inducers): compuestos que inducen la diferenciación de órganos durante el desarrollo embrionario. En embrión de pollo se ha aislado una proteína de Mr baja que inyectada en el ectodermo de una gástrula de anfibio, induce la formación de primordios de riñon y músculo (factor mesodérmico) y de tejido notocordal (factor neural). 448

Informóferos (Informofers): partículas proteicas que aparecen cuando se separa el RNA de las partículas nucleoproteicas que contienen mRNA o su precursor (véase RNA mensajero). Informosomas (Informosomes): según Spirin, partículas nucleoproteicas que contienen mRNA que se aislan en el citoplasma de las células eucariotas. Se pueden separar de los ribosomas y polirribosomas por centrifugación en gradiente de densidad. Se cree que recogen el mRNA formado en el núcleo de la célula, probablemente en la envoltura nuclear, y lo transportan al citoplasma para la formación de polirribosomas (véase RNA mensajero). Ingeniería genética (Genetic engineering): véase tecnología del DNA recombinante. INH: véase ácido Nicotínico. Inhibición competitiva (Competitive inhibition): véase Efectores. Inhibición no competitiva (Noncompetitive inhibition): véase Efectores. Inhibición por el producto final (End product inhibition): véase regulación del Metabolismo. Inhibidores (Inhibitors), antagonistas: sustancias que retardan o impiden algunas reacciones químicas o bioquímicas. Con frecuencia se

Sin inductor

Proteína represora (activa)

lü-5 * Con inductor

:IHE mRNA

4

Ribosomas

Ribosomas

P l Inductor (Alolactosa)

I

P-Galactosidasa

Trans- Enziacetilasa mas

Represor inactivo

Inducción del operon lac. El círculo en la parte alta representa el mapa cromosomico del Escherichia coli mostrando la región de la lactosa y otras

Iniciación, factores de

produce una inhibición competitiva en la que el inhibidor compite con el Efector (véase) por el centro activo (receptor) según la ley de acción de masas. Muchos I. inhiben específicamente determinadas reacciones enzimáticas. Los Antibióticos (véase) constituyen una clase especial de I. En plantas, I. nativos (véase reguladores del Crecimiento) interactúan de forma complicada con las fitohormonas regulando su crecimiento y desarrollo. Existen muchos I. sintéticos, como los Retardantes (véase) y los herbicidas, de gran importancia práctica. Otros representantes de la químicamente diversa y ampliamente distribuida familia de I. vegetales son el ácido cinámico y sus derivados, p.ej., Cumarina y Escopoletina, Heliangina (véanse) y los fenoles. Inhibidor respiratorio (Respiratory inhibitor): compuesto que interfiere de alguna manera la cadena respiratoria. Hay tres tipos, 1. Desacopladores (véase) que impiden la síntesis de ATP pero no el flujo de electrones, 2. inhibidores de la fosforilación oxidativa en sentido estricto y 3. inhibidores del transporte electrónico en la cadena respiratoria. El segundo tipo inhibe tanto el transporte electrónico como la síntesis de ATP; el prototipo es la oligomicina, que interfiere con los intermediarios ricos en energía de la síntesis del ATP. El atractilósido, un veneno vegetal, y el antibiótico ácido bongcrécico inhiben el transportador que interviene en el intercambio de ATP y ADP a través de la membrana mitocondrial, por lo que la fosforilación oxidativa se paraliza por falta de ADP en la mitocondria. Ionóforos como valinomicina, nigericina, nonactina, gramicidina, etc., ejercen otro tipo de inhibición en presencia de ciertos cationes monovalentes, ya que desvían la energía de la respiración al transporte iónico mitocondrial. Los puntos de ataque de los inhibidores de tipo 3 se indican en la Fig. de la Cadena respiratoria (véase); el orden de los transportadores de electrones en la cadena respiratoria se dedujo usando este tipo de I. El último miembro de la cadena de los organismos aerobios, la citocromo oxidasa, se inhibe por cianuros, azidas y monóxido de carbono. La toxicidad de éste para los mamíferos se debe, sin embargo, a su afinidad con la hemoglobina, no a la inhibición de la cadena respiratoria. Inhibina (Inhibin): glicoproteína, Ai 31.000, formada por 2 subunidades (a o A, A/ 18-20.000; P o B, Ai 14-15.000) entrecruzadas por uno o más puentes disulfuro. La segregan las gónadas, y es un potente inhibidor específico de la secreción del FSH por la pituitaria. Es una hormona

clave en el control de la foliculogénesis y la espermatogénesis por su efecto sobre la secreción de la hormona del folículo estimulante. Participa en el mecanismo que controla la secreción diferencial de gonadotropinas en la pituitaria y tiene interés como contraceptivo potencial. Se encuentra en el plasma seminal y en el fluido folicular; éste constituye la mejor fuente para purificar I. Cada subunidad representa la región C-terminal de un precursor más grande, a partir del cual se libera por proteólisis. Se han clonado y analizado los cDNAs (obtenidos de mRNA ovárico bovino y porcino) que codifican los precursores biosintéticos de las subunidades a y (3, las cuales muestran una homología considerable, sugiriendo que sus genes pueden tener un origen común. Lo mismo ocurre con las subunidades a y (3 de la hormona pituitaria y de las Hormonas glicoproteicas placentarias (véase). La subunidad (3 muestra un alto grado de homología con el factor de crecimiento transformante (3, indicando una relación evolutiva entre sus genes. En el plasma seminal humano hay dos I., denominadas a (92 aminoácidos) y P (94 aminoácidos), que no se forman en las gónadas; la primera se forma en la próstata y la segunda en las vesículas seminales. No están relacionadas estructural mente con la molécula dimérica descrita antes, que es la reconocida generalmente como I. [A.J. Masón et al., Nature 318 659-663; R. G. Forage et ai, Proc. Nati. Acad. Sci. 83 (1986) 3091-3095], Iniciación (Initiation): primera etapa de la síntesis de biopolímeros; véase ácido Desoxirribonucleico, ácido Ribonucleico, biosíntesis de Proteínas. Iniciación, factores de (Initiation factors): proteínas catalíticas necesarias para la iniciación de la síntesis de RNA (véase ácidos Ribonucleicos) y de la biosíntesis de Proteínas (véase). En la síntesis proteica bacteriana, se han identificado al menos tres FI de estructura y función diferentes: FI 1, Ai 8.000, FI 2, M 75.000 y FI 3, Mr 30.000. Parecen estar unidos débilmente a los ribosomas, y se disocian de ellos con una disolución de NH.C1 4 o KC1 0,5 ' M,T o se aislan del citoplasma previa homogenización. En eucariotas existen al menos de seis a ocho FI, ninguno de los cuales se puede sustituir funcionalmente por los FI bacterianos; es decir, en la iniciación de la síntesis proteica existe una estricta especificidad de clase. También se necesita un FI para la iniciación específica de la síntesis de RNA en la región promotora, que en los procariotas se denomina factor sigma (a), M 90.000. 449

Iniciación, tRNA de

Iniciación, tRNA de (Initiation tRNA), tRNA iniciador, formilmetionil-tRNA, abrev. F-MettRNAF: tRNA específico para la metionina, de estructura primaria y terciaria distintas de las del tRNA (Met-tRNAM) que suministra la metionina que se incorpora a una cadena polipeptídica. Tras la esterificación con tRNAp, la Met se formila por acción de una formiltransferasa, que transfiere el grupo formilo desde el ácido formiltetrahidrofólico. Esta enzima parece estar ausente en el citoplasma de los eucariotas, y el tRNA de iniciación para la síntesis proteica en los ribosomas 80S es el Met-tRNA p . La F-Met o Met se elimina de la mayoría de las proteínas durante su síntesis (véase modificación post-traduccional de las Proteínas). Iniciador (Starter): véase Cebador. Iniciador, complejo (Initiator complex): véase ácidos Ribonucleicos, biosíntesis de Proteínas. Inmunización (Immunization): estimulación artificial de la producción de anticuerpos como protección frente a patógenos y otros antígenos. Existen dos tipos: 1) activa, producida mediante inyección de organismos patógenos vivos debilitados (p.ej., la vacuna de la poliomielitis de Sabin y la vacuna de la viruela), o muertos, o fracciones purificadas de ellos; y 2) pasiva, producida mediante inyección de antisueros o anticuerpos contra el patógeno producidos por otro organismo animal y extraídos de él. La I. activa repetida hace posible la inmunidad para toda la vida, mientras que la I. pasiva es eficaz sólo durante algunas semanas y no puede repetirse con antisueros o anticuerpos procedentes de la misma especie animal, debido a que los anticuerpos extraños actúan como antígenos. Por consiguiente, la I. pasiva se emplea para la profilaxis o terapia a corto plazo, para cubrir el tiempo que el cuerpo necesita para producir sus propios anticuerpos (p.ej., en la inmunización simultánea contra el tétanos). Inmunoanálisis (Immunoassays): análisis de las moléculas biológicas de gran sensibilidad porque emplea anticuerpos específicos de la sustancia a analizar. La primera etapa del I. es la purificación o síntesis de la sustancia a estudiar, para después inmunizar con ella un animal. El suero del animal inmune se utiliza posteriormente como fuente de anticuerpos, aunque en la actualidad se prefiere el empleo del bazo de dicho animal para obtener hibridomas. Los hibridomas, que producen anticuerpos monoclonales de la especificidad deseada, pueden mantenerse inde450

finidamente para proporcionar tanto anticuerpo como sea necesario. Una vez obtenidos los anticuerpos y el antígeno purificados, el investigador puede elegir entre varios I. En el radioinmunoanálisis (RIA), se marcan los anticuerpos o los antígenos con isótopos radiactivos, generalmente por iodinación (125I) de los residuos tirosilo de la proteína. En el análisis inmunosorbente ligado a enzima (ELISA), el anticuerpo se une a una enzima adecuada, p.ej., peroxidasa. En el inmunoanálisis con mediación enzimàtica homogéneo se utiliza una enzima que se inhibe o, menos comúnmente se activa, cuando el antígeno se une al anticuerpo. Por ejemplo se puede unir una enzima a un antígeno de manera que el complejo antígeno-enzima sea activo catalíticamente pero deje de serlo cuando el complejo se una al anticuerpo correspondiente. La diferencia entre este tipo de análisis y el ELISA es que en el segundo la actividad de la enzima no se ve afectada por el enlace del antígeno con el anticuerpo. Por tanto, el ELISA y el RIA requieren que el antígeno o el anticuerpo estén adsorbidos o unidos a un soporte sólido, de forma que el marcador no ligado pueda eliminarse por lavado. En el análisis homogéneo, el marcador no ligado (la enzima) es mucho más o mucho menos activo que el marcador ligado, y las cantidades relativas se pueden determinar sin separación física. Cuando se realizan RIA o ELISA para medir el título de anticuerpos en el suero u otro fluido, el antígeno se une a un soporte sólido, p.ej., el plástico de los pocilios de una placa de microcultivo. Se determina la cantidad de anticuerpo marcado que se unirá al antígeno en los pocilios y se toma como 100%. Cuando se añade anticuerpo no marcado, p.ej., el de una muestra de suero, se une la misma cantidad total de anticuerpo, pero el anticuerpo marcado queda diluido por el no marcado. Obviamente, el porcentaje de reducción del anticuerpo marcado ligado es proporcional a la cantidad de anticuerpo no marcado presente en la muestra a analizar. Se mezclan varias diluciones de la muestra con cantidades fijas de anticuerpo marcado y se incuban con el antígeno en pocilios separados, los cuales se lavan después abundantemente. En el RIA, la cantidad de anticuerpo marcado unido al antígeno se determina colocando los pocilios de plástico en un vial de fluido de centelleo y se hace la determinación en un contador de centelleo; en el

Inmunoglobulinas

ELISA, se determina añadiendo el sustrato de la enzima y midiendo la velocidad de la reacción enzimàtica (p.ej., los sistemas unidos a peroxidasa se analizan espectrofotométricamente, tras la adición de peróxido de hidrógeno y un colorante reducido). Se hace la curva de desplazamiento con los datos obtenidos a diversas diluciones de la muestra y se compara con la curva estándar obtenida con concentraciones conocidas de anticuerpo no marcado; a partir de ella puede calcularse la cantidad de anticuerpo presente en la muestra. Se usan también el RIA y el ELISA para determinar concentraciones de antígenos, p.ej., hormonas, en los fluidos corporales. En este caso, es el antígeno el que se marca y el que compite con el antígeno no marcado de la muestra por los centros de unión de los anticuerpos fijos. El antígeno marcado no ligado se lava cuidadosamente de cada pocilio de la placa antes de determinar la actividad de la enzima o la radiactividad ligada. En los inmunoanálisis con mediación enzimàtica homogéneos el procedimiento es similar al anterior, excepto que no es necesario eliminar el exceso de marcador de la mezcla de incubación. Otros posibles marcadores para el antígeno o el anticuerpo a determinar son moduladores enzimáticos, grupos prostéticos y sustratos fluorogénicos que pueden no ser fluorescentes o no unirse a la enzima cuando esta está ligada al anticuerpo. En definitiva, las posibilidades del inmunoanálisis con mediación enzimàtica son prácticamente inagotables [T.J. Ngo & H.M. Lenhoff, eds. Enzyme-Mediated Immunoassay (Plenum, New York, 1985); S.B. Pal, ed. Immunoassay Technology, vol. 1 (1985) y 2 (1986) (Walter de Gruyter, Berlin)]. Inmunodetección enzimàtica, análisis de (Enzyme immunodetection assay): véase Tecnología del DNA recombinante. Inmunoelectroforesis (Immunoelectrophoresis): véase Proteínas plasmáticas. Inmunofluorescencia (Immunofluorescence): técnica sensible para la detección de antígenos o anticuerpos, en la que el anticuerpo se acopla a un compuesto muy fluorescente como rodamina o isotiocianato de fluoresceína. Los tejidos, células o geles de electroforesis que contienen el antígeno se incuban con el anticuerpo fluorescente; después de un completo lavado, el marcador indica la presencia y posición del antígeno, que puede verse en un microscopio de fluorescencia. En la I. directa se marca el anti-

cuerpo específico, mientras que en la I. indirecta se marca un anticuerpo contra el anticuerpo específico. (P.ej., el anticuerpo específico se puede producir en conejo, y después los anti-anticuerpos fluorescentes en suero de oveja anti-conejo. Esto permite la amplificación de la fluorescencia, ya que mientras al lugar antigénico sólo se puede unir una molécula de anticuerpo específico, varios anti-anticuerpos se pueden unir a distintos lugares del anticuerpo específico. Inmunoglobulinas (Immunoglobulins), abrev. Ig, anticuerpos: proteínas de defensa específicas presentes en el plasma sanguíneo, la linfa y muchas otras secreciones corporales de los vertebrados. Los precursores filogenéticos de las Ig, las hemaglutininas unidas a células, se encuentran también en invertebrados, p.ej., anélidos, crustáceos, arácnidos y moluscos. Las características más importantes de este sistema de defensa son su capacidad para responder a la presencia de cualquier antígeno extraño (respuesta primaria), responder más rápidamente a un antígeno extraño encontrado previamente (respuesta secundaria), y, en circunstancias normales, no responder a los componentes corporales del propio animal (discriminación propio-no propio). Los linfocitos producidos en la médula ósea de los mamíferos o en la Bursa de Fabricio de las aves (células B) tienen Ig en su superficie. La exposición al antígeno estimula la proliferación de aquellas células a cuya Ig superficial se puede unir, y su diferenciación en células plasmáticas que secreten anticuerpos de la misma especificidad que el ancestro del clon. El proceso de estimulación es complejo e implica la cooperación con otros linfocitos (células T) y macrófagos; la proliferación de células B también se estimula por activadores policlonales, como concanavalina A (véase Lectinas) o lipopolisacáridos bacterianos. Cuando están unidas al antígeno, algunas Ig pueden fijar el componente Clq del sistema del Complemento (véase), facilitando así la lisis de la célula extraña a la que están unidas. Como son multivalentes, las Ig también hacen reacciones cruzadas con antígenos solubles y facilitan su eliminación de la sangre o la linfa por los macrófagos. Estructura: las Ig son tetraméricas, formadas por dos cadenas ligeras L idénticas (A/ 22.00024.000) y dos cadenas pesadas H, también idénticas, que contienen glícidos (Ai 50.000-73.000) (Fig.). Hay dos tipos de cadenas ligeras, K y X, 451

Inmunoglobulinas

cada una de las cuales puede estar asociada con cualquiera de los cinco tipos de cadenas pesadas, y, 8, a y e. La letra griega que designa el tipo de cadena pesada corresponde a la clase de Ig (M, G, D, A, o E), que se pueden distinguir por electroforesis o serológicamente. (Véase más adelante). El tratamiento de Ig con papaína libera fragmentos monovalentes que se unen al antígeno, Fab (Ai 50.000), y un fragmento que se une al complemento, Fe (Mr 60.000). Por otra parte, la escisión con pepsina libera un fragmento bivalente que se une al antígeno, F(ab')2 y un fragmento algo más pequeño que se une al complemento, Fe'. (Los términos Fe y Fe' se aplican también a la región correspondiente de la Ig que no se une al complemento). Los reactivos de tiol disocian la F(ab')2 en fragmentos monovalentes, indicando que las dos cadenas pesadas de la molécula intacta están unidas entre sí por dos o más puentes disulfuro entre los lugares de escisión de la pepsina y la papaína (Fig.). La forma de Y de la molécula de Ig se ha confirmado por microscopía electrónica y por difracción de rayos X. La primera pone de mani-

\

\

Cadena L x - / ^/¿S ^ ¿^^¿¿^S «^.-'¿V^,

«Región bisagra» /Trt-> í i! CH0

1

co o H C00H

\ \ CH2 CH3 \ 'Pepsina CadenaH Papaína

Figura. Estructura de una molécula de IgG. Partes (dominios) variables (VL, VH) y constantes (CL, CH) de las cadenas ligeras y pesadas respectivamente. La molécula de la figura representa una Ig secretada, IgG o IgA. Otras clases tienen distinto número de dominios de cadenas pesadas (2 a 4), y pueden carecer de la región bisagra (IgM o IgE). La secuencia C-terminal de la Ig unida a la membrana es diferente (y ligeramente más larga) que la de la forma secretada. CHO = cadena de glícido. VL y VH forman el lugar de unión al antígeno. La escisión con papaína produce dos fragmentos Fab y uno Fe, mientras que la escisión con pepsina produce un fragmento (Fab')2 y otro Fe' más pequeño. PC = ácido pirrolidona carboxílico. 452

fiesto que la molécula es flexible en la región «bisagra», como se supuso por la susceptibilidad de esta región al ataque proteolítico. Estudios por polarización de fluorescencia han demostrado una correlación entre la flexibilidad de la región «bisagra», que varía de una clase de Ig a otra, y la capacidad para fijar el complemento. [V.T. Oi et al., Nature 307 (1984) 136-140], Por su comportamiento electroforético, las Ig se dividieron en cinco clases, IgA, IgD, IgE, IgG e IgM; después se demostró que existen varias subclases de IgG, independientes genéticamente, en la rata, el ratón y el hombre; en el hombre existen también subclases de IgA. Las clases y subclases (o isotipos) están determinadas por las regiones constantes de las cadenas pesadas, a las que se da las correspondientes letras griegas (a, 8, e, (i. y yl, "fl, etc.). Cada tipo de cadena pesada se puede asociar con cualquiera de los dos tipos de cadena ligera, K o X, pero en cada molécula, las dos cadenas ligeras son de la misma clase. Dada la extrema heterogeneidad de las Ig normales, no resulta práctico intentar purificarlas para secuenciar sus aminoácidos, pero se dispone de anticuerpos monoclonales, productos de un único clon de células B de distintas fuentes. Por ejemplo, en el plasma de pacientes con ciertos tipos de linfoma se encuentran Paraproteínas (véase), incluyendo proteínas Bence-Jones (véase); estas células transformadas mantienen suficientes caracteres de células B como para secretar Igs totales o parciales. Sin embargo, los rápidos avances en el conocimiento de la estructura y función de las Ig de los últimos años han sido posibles gracias a los hibridomas, líneas celulares resultantes de la fusión de células B secretoras de anticuerpos con células de mieloma mantenidas en cultivo. Las células B se obtienen del páncreas o de la circulación periférica de animales inmunizados recientemente, y se pueden seleccionar clones de hibridoma para la producción de Ig de la especificidad antigénica e isotípica deseada. Al comparar el DNA y el RNA de los hibridomas o mielomas con el de las células embrionarias se ha demostrado que durante la diferenciación de las células plasmáticas, los genes de la región constante, de una región (o dos) de unión y la región variable se cortan y se empalman, perdiéndose las secuencias de DNA intermedias. [M.M. Davis et al.. Nature 283 (1980) 733-739. F.R. Blattner & P.W. Tucker, «The molecular biology

Inmunotolerancia

Tabla. Propiedades de las inmunoglobulinas

humanas (Ig)

IgG

IgM

IgA Suero

Secreciones

IgD

IgE

Constante de sedimentación

6,5 . . . 7S

19S

7S

I1S

6,8 . . . 7,9S

8,2S

A/, de la que la cadena L representa 23.000

155.000

940.000 170.000 (Pentámenro)

380.000 (dímero)

185.000

196.000

Tipo de cadena H y Ai

Yl.

..4 50.000 a 60.000

H 71.000

5 60.000 a 70.000

E

Fórmula de la cadena (L = K o X)

l

(L2H2)5

L2S2

L2e2

12,7% 0,03 . . .1%

10...12% 0,05%

210 (100-450)

3 (1...40)

0,03 0,01 a 0,14 2

5,8

2,8

2...3

no

no

2Y2

a 64.000 L

2«2

10 . . . 12% 7 . . . 10%

Glícido Fracción de la Ig sérica

70 . . . 75%

Concentración sérica mg/100 mi

1.300 140 (800 . .. 1.800) (60 . . . 280)

Valencia de unión

2

5(10)

Semiperíodo de pervivencia (días)

8(IgG3) o 21

5,1

Unión al complemento

of immunoglobulin D» Nature 307 (1984) 417422], Inmunología (Immunology): ciencia de las bases biológicas y químicas de la inmunidad, o de los mecanismos de defensa del hombre y de los animales frente a la invasión de antígenos. Abarca la inmunidad celular y humoral y las conexiones entre la reacción inmune y los procesos fisiológicos y bioquímicos del organismo, en particular aquellos que controlan la Respuesta inmune (véase). La inmunoquímica, parte esencial de la I., trata de la reacción antígeno-anticuerpo, las Inmunoglobulinas, la Aglutinación, la reacción de unión al Complemento (véanse), etc. Las técnicas inmunológicas y serológicas son especialmente importantes en química clínica; también se aplican en genética, biología molecular y quimiotaxonomía. Inmunoquímica (Immunochemistry): química de las Inmunoglobulinas (véase), incluyendo sus interacciones con el antígeno, la Aglutina-

8 . . . 10% 10 . . . 22%

75.000

ción y la reacción de unión al Complemento (véanse). Inmunosensor (Immunosensor): Biosensor (véase) que utiliza una reacción antígeno-anticuerpo para generar una señal electrónica. Los I. enzimáticos se basan en la competición entre el antígeno y el antígeno unido a la enzima, de forma que el sensor es equivalente al inmunoanálisis enzimàtico convencional. Véase Transistor de efecto de campo. Inmunotolerancia (Immunotolerance): falta de respuesta inmune a: a) las sustancias del propio cuerpo o a los antígenos con los que el organismo ha estado en contacto desde antes o poco tiempo después del nacimiento (I. natural) y b) mayores o menores c a n t i d a d e s de ciertos antígenos (tolerógenos) que el cuerpo no reconoce como extraños y que por tanto tolera (I. adquirida). Esta última sólo se puede mantener cuando los tolerógenos están constantemente presentes; de lo contrario la respuesta inmune a este antígeno surge n u e v a m e n t e . Las m e d i d a s 453

Inmunotoxinas

inmunosupresoras facilitan la inducción de I. en los adultos. Inmunotoxinas (Immunotoxins): compuestos sintéticos obtenidos por acoplamiento de toxinas vegetales o animales a anticuerpos monoclonales específicos para un tipo particular de célula. Se espera que toxinas acopladas a anticuerpos contra antígenos cancerosos puedan ser agentes quimoterapéuticos altamente específicos, y que I. basadas en tipos específicos de anticuerpos antilinfocitos sean útiles para la modulación de la respuesta inmune con fines terapéuticos [E. Vitetta et al., Science 219 (1983) 644-650], Ino: abrev. de Inosina. Inosina (Inosine), abrev. Ino, hipoxantinosina: ribósido de hipoxantina, 9P-D-ribofuranosilhipoxantina, nucleósido (i-glicosídico de D-ribosa e hipoxantina. A/ = 268,23, p.f. 218°C (d.), [oc]¿5-73,6 (c = 2,5, NaOH 0,01N). Se encuentra libre, especialmente en la carne y las levaduras, y se forma por desfosforilación de los fosfatos de inosina. Desempeña una función específica como componente del anticodón de cierto tRNA (véase bases raras de los ácidos Nucleicos).

R

Hipoxantina

R=H R= H0CH 2 O

Inosina

I

ÍC-TH OH OH

R = X)

0 II P

X0

0

TU

~

|ch H\|

I

f-M y»

jt U inn«ínii.n M U In U UA I! l U S H

5'-Monofosfato de inosina (IMP)

OH OH

Estructura de la hipoxantina, la inosina y el ácido inosínico.

Inosina, fosfatos de (Inosine phosphates): nucleótidos, ésteres de inosina y ácido fosfórico. 1. 5'-Monofosfato de inosina, abrev. IMP: ácido inosínico, ácido 5-fosfórico de ribósido de hipoxantina (para fórmula, véase Inosina) compuesto por la base púrica hipoxantina, D-ribosa y ácido fosfórico. Mt 348,22, [a]¿ 5 -36,8° (c = 0,87, 454

HC1 0,1M). Es el primer compuesto intacto de purina en la biosíntesis de Purina (véase) y precursor de todas las purinas; todos los demás nucleótidos de purina derivan de él. Junto a ácido guanílico, se utiliza como potenciador del sabor y se obtiene de extractos de carne o de hidrolizados de ácidos nucleicos de levaduras, o se produce a gran escala mediante mutantes de Corynebacterium algunos organismos, p.ej., glutamicum. 2. 5'-Trifosfato de inosina, abrev. ITP: Af 508,19. Fosfato rico en energía que sustituye al ATP en ciertas reacciones metabólicas (carboxilaciones). Se forma por fosforilación del IMP vía 5'-difosfato de inosina, abrev. IDP, M 428,2. 3.3,5'-Monofosfato de inosina cíclico, abrev. ciclo-IMP, cIMP: análogo estructural del 3',5'monofosfato de adenosina cíclico (véase fosfatos de Adenosina) que, como los derivados de adenosina, inhibe el crecimiento de ciertos tumores transplantables. Inosínico, ácido (Inosinic acid): véase fosfatos de Inosina. Inositol (Inositol): véase Ciclitoles. Inositol, fosfatos de (Inositol phosphates): ésteres de fosfato y el alcohol cíclico míoinositol. Los fosfatidilinositoles se encuentran como componentes de los fosfolípidos de la membrana plasmática, en la que la unión de algunas hormonas o neurotransmisores a sus receptores determina la liberación de 1,4,5-trifosfato de inositol (InsP3) a partir de 4,5-bifosfato de fosfatidilinositol (PtdInsP 2 ). Parece que el InsP 3 es el activador de la liberación de iones Ca2+ que sigue a la estimulación de la célula, actuando así como segundo mensajero (véase Hormonas, Calcio) de agentes tales como acetilcolina, vasopresina, sustancia P y el factor de crecimiento epidérmico (véase Hormonas peptídicas). El InsP3 se desfosforila en tres etapas amioinositol (Fig.); la última de ellas está catalizada por la mi'oinositol-l-fosfatasa (EC 3.1.3.25), que se inhibe por el litio. La síntesis de novo de mioinositol produce mio-inositol-l-P, en vez de mioinositol libre, de forma que la inhibición de la enzima interrumpe el ciclo mostrado en la figura, e impide la formación de fosfatidil- inositol. Es probable que los efectos farmacológicos del litio en las enfermedades maníaco depresivas se deban a ello. El fosfatidilinositol es mucho más abundante que el PtdIns4P o el PtdIns4,5P, pero las tres es-

Insulina pecies están en equilibrio, de forma que el Ptdlns 4,5P eliminado de la membrana por escisión se reemplaza rápidamente. Igual que el InsP3, el diacilglicerol liberado por escisión del PtdIns4,5P es un segundo mensajero que, entre otras cosas, activa la quinasa C de membrana, la cual activa a su vez otras proteínas por fosforilación (véase Calcio). Es interesante el hecho de que la porción diacilglicerol del PtdIns4,5P tiende a tener ácido araquidónico en su posición 2, el cual, una vez liberado del diacilglicerol por hidrólisis, puede actuar también como activador celular. Así, los F.i., en forma de ásteres fosfatídicos, desempeñan un papel esencial en la activación de muchos tipos de células. La escisión del PtdInbs4,5P libera al menos tres segundos mensajeros diferentes: InsP3, que a su vez origina la liberación de Ca2+ a la célula, diacilglicerol y ácido araquidónico.

V

lns 1.4. 5 P, P; « 4 Ins 1, 4 P, P¡ -s-4 Ins 1P

Diacilglicerol j, quinasa Ácido fosfatídico | CTP CDP-diacilglicerol

P,' 55,3° (agua). En agua, cristaliza en la forma P por encima de 93°C, y por debajo, en forma de monohidrato de oclactosa. Está formada por galactosa y glucosa, ambas en forma piranosa, unidas por enlace p-1,4 glicosídico. Las levaduras no fermentan L., excepto algunas como el kéfir. Las bacterias lácticas la convierten en ácido láctico; es el proceso por el que se agria la leche. Es el glícido más importante en la leche de todos los mamíferos; la de mujer contiene 6-8% y la de vaca 4-5%. Es componente de unos pocos oligosacáridos y también se encuentra en las plantas, p.ej., en los frutos y el polen. En las glándulas mamarias de los mamíferos su síntesis está catalizada por la lactosa sintetasa. La forma P de UDP-galactosa se une a D-glucosa y el residuo P-glicosídico de galactosa se transfiere al OH del C-4 de la glucosa. Se escinde por acción de la P-galactosidasa o por hidrólisis ácida. Se prepara por evaporación del suero de la fabricación del queso; primero precipita lactalbúmina y después L. Se utiliza como producto inicial en preparaciones farmacéuticas y como fuente de carbono en el cultivo de microorganismos, p.ej., en la fabricación de penicilina.

H

OH

H

OH

¡i-Lactosa Lactosa, intolerancia a la (Lactose intolerance): véase Errores congénitos del metabolismo. Lactosilo, ceramidosis de (Lactosyl ceramidosis): véase Errores congénitos del metabolismo. Lactotropina (Lactotropin): véase Prolactina. Lactucerol (Lactucerol): véase Taraxasterol. Laki-Lorand, factor de (Laki-Lorand factor): véase Coagulación sanguínea (Tabla). Lana, grasa de la (Wool fat): véase Lanolina. Lanatósidos (Lanatosides): véase glicósidos de Digitalis. Lanolina (Lanolin), grasa de la lana, cera de la lana: la sustancia grasa, o más exactamente cérea, que segrega la piel de las ovejas, p.f. 36-

Lectina

42°C. Constituye hasta el 50% del peso de la lana en bruto. Es una mezcla compleja de ácidos grasos, alcoholes, grasas y ceras. Las últimas son principalmente ásteres de esferoides (colesterol y lanosterol) y alcoholes alifáticos de cadena larga con ácidos grasos superiores que están 6hidroxilados o tienen un residuo isopropilo o isobutilo terminal. Se obtiene de la lana en bruto por extracción con solventes orgánicos o soluciones jabonosas. Forma emulsiones de agua en grasa, y tiene amplio uso en las industrias farmacéutica y cosmética (como Adeps lanae), como base de pomadas. 5a-Lanostano (5a-Lanostane): véase Lanosterol. Lanosterol (Lanosterol), criptosterol: 5alanosta-8(9),24-dien-3p-ol, alcohol triterpénico tetracíclico,A/ r 426,7, p.f. 140°C, [a] D +60° (cloroformo); es un zoosterol (véase Esteróles). Se encuentra en grandes cantidades en la grasa de la lana de oveja. Deriva del hidrocarburo 5 a lanostano. Se biosintetiza a partir de escualeno, vía 2,3-epoxiescualeno, y es el producto primario de esta reacción. Es importante en la síntesis de todos los demás triterpenos tetracíclicos tipo lanostano y de los esteroides.

Lanosterol

Lanzadera del sulfidrilo (Sulfhydryl shuttle): véase Auranofina. Lapacol (Lapachol): véase Naftoquinonas (Tabla). Látex (Látex): véase Caucho. Latirina (Lathyrin): véase derivados de Guanidina. Láurico, ácido (Lauric acid): ácido ndodecanoico, CH 3 -(CH 2 ) |() -COOH, uno de los ácidos grasos más ampliamente distribuidos, típico de las ceras. Mr 200,3, p.f. 44°C, p.e.1(X) 225°C. Se encuentra en las grasas de semillas de la familia del laurel (Lauraceae) y constituye

hasta el 52% de los ácidos grasos en el aceite de las semillas de palma, el 48% de la grasa del coco, y el 4-8% de la mantequilla. Es un componente ácido del espermaceti. Lawsona (Lawsone): véase Naftoquinonas (Tabla). (+)-Laxiflorano ((+)-Laxifloran): (3R)-7,4 dihidroxi-2',3'-dimetoxiisoflavano, véase Isoflavano. LDH: abrev. de Lactato deshidrogenasa. Leche, proteínas de la (Milk proteins): proteínas solubles presentes en la leche, consistentes en caseínas y proteínas del lactosuero. Las caseínas principales son a s , P y K-caseínas. Las proteínas del lactosuero más importantes son Plactoglobulina, a-lactalbúmina y lactoferrina. También incluyen varias enzimas, p.ej., lactoperoxidasa y xantina oxidasa, y las inmunoglobulinas IgG, IgA e IgM. A través de su intestino, el lactante absorbe las inmuno-globulinas directamente, sin escindirlas, lo que le proporciona inmunidad pasiva frente a los patógenos a los que la madre es inmune. Lecitina (Lecithin): véase Fosfolípidos. Lecitina-colesterol aciltransferasa, deficiencia de (Lecithin-cholesterol acyltransferase deficiency): véase Errores congénitos del metabolismo. Lectina (Lectin), fitohemaglutinina: el Comité de Nomenclatura de la IUB la define como: «proteína o glicoproteína de origen no inmune que se une a los azúcares y aglutina células y/o precipita glicoconjugados». La definición se puede ampliar para incluir proteínas similares que, aunque se unen específicamente a sacáridos complejos no los precipitan o aglutinan; estas proteínas se llaman «L. monovalentes». Se encuentran L. en casi todos los taxones de plantas con flores y en algunas sin flores. Se han identificado también en vertebrados y en microorganismos. Se unen a los eritrocitos, a células leucémicas, a levaduras y a diversos tipos de bacterias. La unión es sacárido-específica, es decir, no aglutinan células que no tengan los sacáridos de superficie apropiados. Se supone que a medida que se investiguen más tipos de oligosacáridos de superficie se encontrarán más tipos de L. Sin duda pueden ser ubicuas. Representan hasta el 10% de las proteínas solubles de los extractos de semillas maduras y se encuentran en otros tejidos vegetales a menor concentración. Las L. de los tejidos vegetativos son con frecuencia distintas a las 481

Leghemoglobina

de las semillas de la misma planta. No se conoce su función fisiológica en las plantas. Se ha sugerido que favorecen la infección de las raíces de legumbres por los Rhizobium, o que inhiben los microorganismos patógenos. Las L. de los vertebrados pueden actuar en el desarrollo, ya que intervienen en la endocitosis mediada por receptor. Las L. vegetales mejor conocidas son la concanavalina A (Con A) de la semilla de Canavalia ensiformis, cristalizada por Sumner en 1919, y las aglutininas del germen del trigo (abrev. WGA), de las judías de lima, las alubias del género Phaseolus, las semillas de ricino (Ricinus) y las patatas. La WGA está muy bien caracterizada, y en la cebada y el centeno hay L. con estructura y especificidades similares. Las semillas de otras 90 especies de Triticeae herbáceas tienen L. inmunológicamente idénticas a la WGA, aunque sus especificidades no son iguales. Las L. de las semillas de herbáceas se encuentran sólo en el embrión. Las legumbres son muy ricas en L., y se conoce la secuencia completa de aminoácidos de algunas de ellas, incluyendo la Con A. Las L. de legumbres relacionadas tienen amplias homologías. Los estudios sobre la estructura de la Con A han revelado un nuevo tipo de madura-

15 residuos de la Con A

ausentes madura

Precursor de la C o n A (la estructura del producto de la traducción de C o n A s e ha deducido a partir de c D N A clonado). Los números s e refieren a los residuos de la C o n A madura

Desglicosilación, seguida por transpeptidación

1

N

"ly"9

237

c

C o n A maduro

Maduración del precursor de Con A para formar Con A madura. Los experimentos de pulsopersecución con aminoácidos radiactivos apoyan fuertemente la existencia de un mecanismo de transpeptidación en vez de escisión proteolítica seguida de unión. El único precedente conocido de tal mecanismo es la última etapa de la síntesis de peptidoglicanos en bacterias (véase Mureína). El examen de las estructuras tridimensionales posibles de la Con A y de sus precursores muestra que la maduración por transpeptidación es posible sin el desdoblamiento de la cadena polipeptídica. 482

ción proteica [D.J. Bowles et al. J. Cell Biol. 102 (1986) 1284-1297], La secuencia de la Con A (formada por 4 subunidades idénticas, cada una de Mr 27.500) es muy similar a las L. de lenteja, soja y haba cuando se compara su extremo amino terminal con las secuencias centrales de las otras L. Se sabe que el producto primario de la traducción sufre una transpeptidación (Fig.). [M.E. Etzler, Ann. Rev. Plant. Physiol. 36 (1985) 209-234; T.C. B0g-Hansen & E. van Driessche, eds., Lectins: Biology, Biochemistry, Clinical Biochemistry vol. 5 (de Gruyter, Berlín, 1986; véanse también los volúmenes precedentes de esta colección]. Leghemoglobina (Leghemoglobin), legoglobina: hemoproteína autooxidable presente en los nodulos de la raíz de las leguminosas. Está relacionada estructural y funcionalmente con la hemoglobina y la mioglobina. Su secuencia de aminoácidos presenta homologías con las de las mioglobinas animales, a las que es similar por su topología y estructura tridimensional según la cristalografía de rayos X. Es esencial para la fijación simbiótica de nitrógeno en los nodulos de las raíces de leguminosas, siendo responsable del rápido flujo de oxígeno a los bacteroides (véase el papel de la mioglobina en el transporte de oxígeno a las enzimas respiratorias del músculo). La síntesis de globina está bajo el control genético del macrosimbionte (planta huésped); el grupo hemo lo sintetiza el microsimbionte (bacteroides de Rhizobium). La concentración de L. tiene correlación positiva con la capacidad de fijación de nitrógeno del tejido nodular. Puede haber más de una L., dependiendo de la especie de la planta huésped. La de la soja está formada por al menos cuatro componentes a-d, de los cuales a y c son los principales, A/ 16.800 y 15.950, respectivamente; se han cristalizado ambos. El componente c, a su vez, está formado por c, y c2, que difieren sólo en su extremo C-terminal (lisina en c, y fenilalanina en c2). La L. no contiene cisteína ni metionina y tampoco muestra reacción cruzada inmunológica con las hemoproteínas de Rhizobium. Es exclusiva del sistema simbiótico de leguminosas y Rhizobium y no se encuentra en los Rhizobia libres ni en las leguminosas no infectadas. Se localiza entre los bacteroides y la cubierta membranosa. (Véase Fijación de nitrógeno). Legoglobina (Legoglobin): véase Leghemoglobina.

Leucoantocianidinas

Tabla. Pesos moleculares y subunidades de diversas lectinas de semillas vegetales Origen Semillas de haba blanca (Concanavalina)

Semillas de judía de lima

Semillas de alubia Phaseolus

Hemaglutininas del trigo Semillas de ricino (Ricinus)

Mr

N" de subuni.

a pH>7 110.000 a pH Sacaropina Figura

3. Degradación

4. Ruta del ácido 2-aminoadípico

de la biosíntesis

NAD de

+

L-Lisina + Ácido a-cetoglutárico L-lisina. 499

Lisofosfatídico, ácido

Ácido pirúvico + Ácido L-aspártico

-HJO.

HC

I

HOOC-C.

"CH,

I

NADPHMjt

CH-COOH

ÁcidoA'-piperidina2,6-dicarboxflico

, Ácido N-succinil-a-cetoL-6-aminopiméiico

Ácido 2,3-dihidropicolinico COOH

Ácido N-succinii-L-2,6-_ diaminopimélico

. Ácido L-2,6-diamino-_ pimélico

H - C —NH¡ I -C02

(CHJ)3

I

H - C

I

> L-Lisina

—NH,

COOH

Ácido meso-2,6diaminopimélico

Figura 5. Ruta del ácido diaminopimélico de la biosíntesis de L-lisina.

Lisofosfatídico, ácido (Lysophosphatidic acid): véase Errores congénitos del metabolismo. Lisogenia (Lysogeny): véase desarrollo del Fago. Lisolecitinas (Lysolecithins): véase Fosfátidos. Lisopina (Lysopine): véase D-Octopina. Lisosomas (Lysosomes): orgánulos de 0,2-2 nm de diámetro, presentes en el citoplasma de las células eucariotas. Al microscopio óptico o electrónico aparecen marcadamente polimórficos y su única estructura visible es su membrana lipoproteica sencilla. Se pueden caracterizar bioquímica o histoquímicamente, pero no morfológicamente. Son centros de Digestión intracelular (véase), especialmente de macromoléculas biológicas como proteínas, polinucleótidos, polisacáridos, lípidos, glicoproteínas, glicolípidos, etc. Esta actividad degradativa la realizan unas 40 hidrolasas lisosomales diferentes, todas ellas con actividad óptima a pH ácido; la enzima característica es la fosfatasa ácida. En condiciones anaerobias, los L. se destruyen y las enzimas lisosomales se liberan al citoplasma; la degradación susecuente del contenido celular por las enzimas lisosomales se conoce como autólisis, un proceso post-mortem característico. Los L. primarios se forman en el aparato de Golgi de la célula. Su fusión con vacuolas fagocíticas y pinocíticas (fagosomas) produce vacuolas digestivas denominadas L. secundarios. Los L. (fagolisosomas) también digieren los orgánulos celulares en exceso o viejos, incluyendo las mitocondrias. Parece que los L. proporcionan 500

las enzimas digestivas de la ameba. Fueron descubiertos en 1959 por De Duve (Premio Nobel 1974). Lisozima (Lysozime), endolisitia, muramidasa, N-acetilmuramidagücanohidrolasa(EC 3.2.1.17): hidrolasa, ampliamente distribuida, presente en fagos, bacterias, plantas, invertebrados y vertebrados. En estos se encuentra especialmente en la clara del huevo, la saliva, las lágrimas y las mucosas. Actúa como enzima bacteriolítica, hidrolizando el enlace ($-1,4 entre la ¿V-acetilglucosamina y el ácido iV-acetilmurámico de los proteoglicanos de las paredes celulares bacterianas, proporcionando protección frente a la invasión bacteriana. Todas las L. animales consisten en una cadena sencilla de 129 residuos de aminoácido con secuencias homólogas (A/r 14.200-14.600). Tiene cuatro puentes disulfuro y está plegada en una estructura terciaria conocida (42% hélice a , con residuos de triptófano hidrofóbicos en la superficie exterior) y puentes de hidrógeno prominentes entre las cadenas de laterales de Ser, Thr, Asn y Gln. Como otras hidrolasas (p.ej., papaína o ribonucleasa), su molécula tiene una hendidura en la que se sitúa el centro activo de la enzima y sirve para la unión del sustrato, en este caso una unidad de hexasacárido de la molécula de proteoglicano. Existe una notable correspondencia entre las estructuras primaria y terciaria de la lisozima y la a-lactalbúmina (123 residuos). Se cree que ambas proteínas proceden de una proteína precursora común con actividad de lisozima, un ejemplo de evolución divergente por duplicación del gen. Por otra parte no existe relación estructural entre la

Lomatiol

L. animal y la de los bacteriófagos. Esta contiene 157 (endolisina del fago X, Mr 17.873) o 164 residuos (L. de los fagos T4 y T2, Af 18.720) y son endoacetilmuraminidasas (T4, T2) o endoacetilglucosaminidasas (L. estreptococal). Litocólico, ácido (Lithocholic acid): ácido 3ahidroxi-5|i-colanoico, o ácido 3a-hidroxi-5|icolan-24-oico. Es un ácido carboxílico esteroide monohidroxilado, y uno de los ácidos biliares. Ai 376,58, p.f. 185°C, [a] D +32° (alcohol). Se ha aislado en la bilis del hombre, ternera, conejo, oveja y cabra. Normalmente se prepara a partir de bilis bovina. Las bacterias intestinales lo forman a partir de quenodesoxicolato y se absorbe y se devuelve al hígado para su secreción. No se conjuga fácilmente, y es relativamente tóxico para el hígado. Puede ser importante en la patogénesis de las lesiones de hígado provocadas por estasis biliar. Lobelia, alcaloides de (Lobelia alkaloids): amplio grupo de alcaloides piperidínicos 2,6disustituidos de plantas del género Lobelia, especialmente de L. inflata, planta medicinal cultivada en algunos países de Europa y en USA. Hay tres tipos estructurales, según el grupo funcional de los sustituyentes: lobelidioles, lobelionoles y lobeliodionas (Fig.). Los radicales R, y R 2 pueden ser -CH3, -C2H5 o -C6H5, y la configuración de las cadenas laterales cis o trans. También hay compuestos que carecen del grupo N-metilo, y 2-monosustituidos. El alcaloide principal es la Lobelina (véase), que se usa como antiasmático. Se han sintetizado lobelidionas a partir de glutaraldehído, metila-

mina y ácido acilacético, en condiciones suaves similares a las de la síntesis biológica. Lobelidioles (Lobelidiols): véase alcaloides de Lobelia. Lobelidionas (Lobelidiones): véase alcaloides de Lobelia. Lobelina (Lobelin): (-)-lobelina, CÍJ-8,10difenil-lobelionol, el principal alcaloide de Lobelia (véase). Estructuralmente es un lobelionol en el que los sustituyentes R, y R^ son grupos fenilo (-C6H5). Cristaliza en forma de agujas incoloras; p.f. 130-131°C, [oc]'¿ - 4 3 ° (c = 1, etanol). Se aisla en la planta Lobelia inflata, y tiene uso médico como analéptico respiratorio. Tiene propiedades similares a la nicotina, por lo que también se utiliza en el tratamiento de la adicción al tabaco, ya que la administración simultánea de nicotina y lobelina tiene un efecto aditivo, que provoca náuseas y aversión. Lobelionoles (Lobelionols): véase alcaloides de Lobelia. Lofenol (Lophenol): 4a-metil-5a-colest-7-en3p-ol, un zoo- y/o fitosterol (véase Esteróles). Ai 400,69, p.f. 151°C, [a] D +5° (cloroformo). Se ha aislado en las heces y tejidos de ratas y en el cactus Lophocereus schottii. Tiene estructura de triterpeno tetracíclico con un esqueleto de 31,32biciclo-metil-lanostano, intermedia por tanto entre el lanosterol y los esteróles que derivan de él. Lofoforina (Lophophorin): véase alcaloides de Anhalonium. Loganina (Loganin): éster glucósido del grupo iridoide, p.f. 222-223°C. La escisión con emulsina produce la aglicona loganetina. La L. y el ácido libre, ácido logánico, se encuentran en las especies de Strychnos y Menyanthus. Es un compuesto clave en la biosíntesis de iridoides y de muchos alcaloides. Para su biosíntesis, véase Iridoides. COOCH 3

Loganina

Lobelidionas

Lohmann, reacción de (Lohmann reaction): véase Fosfágenos. Lomatiol (Lomatiol): véase Naftaquinonas. 501

Lowry, método de

Lowry, método de (Lowry method): véase Proteínas. LPH: véase Lipoproteínas. LRH: véase Hormonas liberadoras. LSD: véase dietilamina del ácido Lisérgico. LTH: véase Prolactina. Lubimina (Lubimin): véase Fitoalexinas. Luciferasa (Luciferase): óxido-reductasa de bajo peso molecular que cataliza la deshidrogenación de la luciferina en presencia de oxígeno, ATP e iones magnesio. El 96% de la energía liberada en este proceso aparece como luz visible (la mayoría azul), lo que constituye la base de la Bioluminiscencia (véase). Todas las L. purificadas hasta ahora son proteínas de tiol oligoméricas, de M r baja; la de la luciérnaga americana (Photinus pyralis), Mt 95.000, tiene dos subunidades (A/ 50.000); la de Photobacterium, M r 80.000,* tiene subunidades de M r 38.000 y 41.000, respectivamente; la del coral fosforescente (Renilla reniformis), Mt 34.000, tiene tres subunidades (Ai 12.000). ' Luciferina: nombre colectivo de los sustratos de las luciferasas, por cuya acción, y en presencia de oxígeno, producen bioluminiscencia. Los estados de excitación electrónica del producto de su oxidación (se cree que son peróxidos) son responsables de la emisión de luz. Se conocen las estructuras de cinco L. (Fig.). La de las luciérnagas del género Photinus (para el mecanismo de reacción y fórmula, véase Bioluminiscencia) es el único derivado natural de benzotiazol conocido. Son quimioluminescentes la forma D- y la L-, pero sólo la primera es biológicamente activa. Cristaliza en J

502

forma de agujas amarillentas, p.f. 190°C (dec.), [a]*4 -29° (formamida). Distintas especies de Photinus emiten diferentes colores de luz, desde el amarillo hasta el verde, producidos por distintos tipos de luciferasa sobre la misma L. La de la lapa Latía neritoides tiene una estructura sesquiterpénica inusual. El animal estimulado produce una baba muy fluorescente por la interacción de L., luciferasa, 0 2 y una «proteína púrpura». En el crustáceo ostrácodo marino Cypridina hilgendorfi, la L. y una luciferasa específica se almacenan en glándulas separadas. La estimulación del animal determina la secreción simultánea de ambos componentes al agua, donde interaccionan con el oxígeno disuelto y producen una fluorescencia azul. La L. de Cypridina se biosintetiza a partir de triptófano, arginina e isoleucina. La L. del celentéreo Renilla reniformis (trinitaria, coral fosforescente) es un compuesto inestable que se almacena en forma de éster sulfato y se libera por una L. sulfoquinasa. La estimulación eléctrica o mecánica produce una bioluminescencia que se extiende sobre la superficie del animal en ondas concéntricas de luz verde. No se ha caracterizado todavía la L. bacteriana. La luciferasa correspondiente produce luminiscencia en presencia de FMNH y aldehidos de cadena lineal con más de 7 átomos de C. El conocimiento de la estructura de la L. ha sido lento por su baja concentración en la naturaleza; se necesitaron 30.000 luciérnagas para aislar 15 mg de L., y 40.000 trinitarias para obtener 0,5 mg de L. de Renilla. Muchas L. y análogos sintéticos tienen luminiscencia espon-

Lys

tánea en solventes libres de protones, como el sulfóxido de dimetilo, pero con menor rendimiento cuántico que en la bioluminescencia. Véase también Fotoproteínas. Lugar de mareaje (Labelling site): véase Técnicas isotópicas. Lugar de unión al sustrato (Substrate binding site): véase Centro activo. Lumacina (Lumazine): véase Pteridinas. Lumicolchicina (Lumicolchicine): véase alcaloides de Colchicum. Lumisterol (Lumisterol): véase Vitaminas (Vitamina D). Lupanina (Lupanine): véase alcaloides del Altramuz. 5a-Lupano (5a-Lupane): véase Lupeol. Lupeol (Lupeol): alcohol triterpeno pentacíclico, Ai 426,73, p.f. 215°C, [a]*' +27,2° (c = 4,8 en CHCI,) que contiene un anillo 5alupano. Se encuentra en muchas plantas, libre, esterificado y como aglicona de Saponinas (véase)

triterpénicas. Se ha encontrado, p.ej., en el látex de Ficus sp., en la cubierta de las semillas del altramuz amarillo (Lupinus luteus) y en las hojas del muérdago. También se ha encontrado en los capullos del gusano de seda, Bombyx morí. Lupinina (Lupinin): véase alcaloides del Altramuz. Luteína (Lutein), xantofila: (3R,3'R,6'R)-Pe-caroteno-3,3'-diol, o 3,3'-dihidroxi-a-caroteno (Fig), carotenoide del grupo de la xantofila. M 568,85, p.f. 193°C, [a]*' +160 (cloroformo),' + 145° (acetato de etilo). Contiene el mismo cromóforo que el a-caroteno, y es isómero de la zeaxantina. Es un pigmento amarillo presente, junto con caroteno y clorofila, en todas las partes verdes de las plantas y también en muchas flores y frutos amarillos y rojos. Se encuentra también en animales, p.ej., en las plumas de los pájaros, la yema del huevo y el cuerpo lúteo. Se presenta en forma libre o como éster. No tiene actividad de vitamina A. R. Willstatter la cristalizó por primera vez; en 1907 a partir de ortigas y después se ha cristalizado a partir de yema de huevo de gallina. R Karrer determinó su estructura en 1951. Luteolina (Luteolin): véase Flavonas. Luteolinidina (Luteolinidine): véase Antocianinas. Luteotropina (Luteotropin): véase Prolactina. Lutropina (Lutropin): véase Hormona luteinizante. Lys: abrev. de Lisina.

503

M

|j.m: abrev. de milimicra. Maackiaína (Maackiain): 3-hidroxi-8,9metilenodioxipterocarpano, véase Pterocarpanos. Macdougalina (Macdougallin): 14a-metil5a-colest-8(9)-en-3p,6a-diol, un fitosterol (véase Esteróles), M 416,69, p.f. 173°C, [a] D + 72° (cloroformo). Se aisló en los cactus Peniocerius fosteriunus y Peniocerius macdougalli. Tiene estructura de triterpeno tetracíclico con un esqueleto 30,31-didesmetil-lanostano, que representa una estructura intermedia entre el lanosterol y sus esteróles derivados. Macroelementos (Macroelements): véase Nutrientes minerales. a2-MacrogIobulina (a2-Macroglobulin), a2 antiplasmina: una a 2 -proteína plasmática. Por difusión de sedimentación se obtuvo una Mr de 820.000 y por equilibrio de sedimentación de 725.000. Estos resultados, junto con los estudios sobre la composición de las subunidades, indican que la verdadera A/ está entre 650.000 y 725.000. Es una glicoproteína con 8,2% de glícidos que contienen mañosa, fucosa, N-acetil-glucosamina y ácido siálico. Los estudios de la proteína por microscopía electrónica revelan una estructura similar a dos judías enfrentadas; estas dos subunidades idénticas están unidas por enlace no covalente. Cada unidad consiste en dos cadenas peptídicas unidas covalentemente por un puente disulfuro. La oc2-M. se une fuertemente e inhibe a diversas proteasas de especificidad y origen variado, p.ej., tripsina, plasmina, trombina, calicreína y quimotripsina; es por tanto un inhibidor natural de la plasmina. A diferencia de otros inhibidores de proteasas, no bloquea los centros activos de las enzimas, de manera que los complejos a 2 -M.-proteinasa son casi completamente activos con sustratos sintéticos de Ai baja. La proteasa unida actúa sobre la subunidad de cx2M. (Ai aprox. 350.000) y escinde una cadena proteica aproximadamente en su punto medio. Todos los productos de esta escisión siguen unidos

covalentemente por puentes disulfuro. El tratamiento del complejo a 2 -M.-tripsina con urea y ditiotreitol produce dos proteínas derivadas de la OC 2 -M„ de A I 1 8 5 . 0 0 0 (cadena de la subunidad intacta, unida originalmente a una cadena similar por puentes disulfuro) y 8 5 . 0 0 0 (derivado proteolítico de la cadena de AF 1 8 5 . 0 0 0 ) . La oc2M. inhibe selectivamente el crecimiento de tumores en cultivos celulares y en ratas. Laa 2 -M. y la ceruloplasmina son dos proteínas plasmáticas con afinidad de unión específica por el zinc. En el hombre, la concentración plasmática normal de CX2-M. e s 2 2 0 - 3 8 0 m g p o r 1 0 0 m i .

Macrólidos (Macrolides), antibióticos macrólidos: grupo de antibióticos de varias cepas de Streptomyces, con la misma estructura macrocíclica compleja. Inhiben la síntesis proteica bloqueando la transpeptidación y la translocación sobre la subunidad 50S del ribosoma (de forma similar al Cloramfenicol, véase). Ejemplos: eritromicina (Fig.), espiramicina, oleandomicina, carbomicina, angolamicina, leucomicina y picromicina. Casi todos ellos se usan terapéuticamente como antibióticos de amplio espectro.

H3C.

Eritromicina

Madera (Wood): polímero mixto cuyo componente estructural es la lignina. La deposición 505

Magnesio

de lignina en la matriz celulósica de la pared celular se denomina lignificación, lo que representa un engrasamiento irreversible. En la M„ la celulosa y la lignina están juntas y unidas física y químicamente. Magnesio (Magnesium), Mg: catión ampliamente distribuido en los sistemas biológicos, con funciones muy diversas. Es el cuarto catión más abundante en los vertebrados, y tiene gran significación biológica como constituyente de la porfirina de la clorofila. Es nutriente esencial y juega un importante papel en el metabolismo al actuar como cofactor de muchos sistemas enzimáticos. En particular, está implicado en las reacciones del metabolismo energético, incluyendo la escisión enzimàtica de los ésteres de fosfato y la transferencia de grupos fosfato. Es activador de las f o s f a t a s a s y c o f a c t o r de prácticamente todas las reacciones de fosforilación ATP-dependientes, p.ej., hexoquinasa, fosfofructoquinasa y adenilato quinasa; en cada caso se forma un complejo ATP-Mg (1:1) que es el sustrato (no el ATP libre). Intracelularmente, se encuentra f u n d a m e n t a l m e n t e como Mg 2+ y MgOH + . Aproximadamente el 0,05% del peso de los animales es Mg, 60% en el esqueleto y 1% en los fluidos extracelulares. Maíz enano, test del (Dwarf maize test): véase Giberelinas. Maíz, factor del (Maize factor): véase Zeatina. Malato (Malate): véase ácido Màlico. Malformina A (Malformin A): polipéptido cíclico heterodético, con actividad antibiótica, de Aspergillus niger. Produce malformaciones en las raíces de los cereales. Su estructura primaria fue elucidada en 1974, y confirmada por síntesis total.

i

1

pile -*D-Cys-*D-Cys->Val-»D-üeu-|

Malformina A Màlico, ácido (Malie acid): ácido monohidroxisuccínico, HOOC-CHOH-CH 2 -COOH, ácido dicarboxílico presente en muchos jugos de plantas, generalmente en forma L(+), p.f. 100°C, p.e. 140°C (d). El ion malato se forma en el ciclo TCA y en el ciclo del Glioxalato (véanse) y desempeña un papel importante en el Metabolismo ácido de las Crassulaceae (véase), familia de las siemprevivas. 506

Malónico, ácido (Malonic acid): HOOC-CH 2 COOH, ácido dicarboxílico, presente en forma libre en los vegetales, aunque sólo esporádicamente, p.f. 135,6°C. En las células se encuentra en forma aniónica (malonato), un conocido inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa en el ciclo TCA. Un importante derivado metabòlico del A.m. es el malonil-CoA, compuesto intermedio en la biosíntesis de los ácidos Grasos (véase). Malnutrición calórico-proteica (Proteincalorie malnutrition): véase Malnutrición proteína-energía. Malnutrición proteína-energía (Proteinenergy malnutrition), PEM, malnutrición proteina-caloria: diversos estados de deficiencia nutricional que se presentan de manera característica en niños menores de cinco años, aunque ninguna edad es inmune. El marasmo y el kwashiorkor representan los dos extremos de esta deficiencia. Durante muchos años se consideró que el kwashiorkor estaba o r i g i n a d o por una deficiencia de proteínas acompañada de una ingesta adecuada de energía, en contraste con el marasmo que se atribuía a la deficiencia de ambas. Ahora se sabe que no hay diferencias esenciales en la proporción proteína:energía de la dieta de las víctimas de ambas enfermedades, y se piensa que la presentación clínica característica del kwashiorkor se debe al envenenamiento por aflatoxina (para más i n f o r m a c i ó n , véase Kwashiorkor). Se han definido tres formas intermedias de PEM: kwashiorkor marásmico, enanismo nutricional y «niño de bajo peso». La PEM se complica a menudo con deficiencias de vitaminas y minerales y con i n f e c c i o n e s . Concentraciones de albúmina p l a s m á t i c a inferiores a 35 g/1 son características de la deficiencia proteica y de la PEM. Por otra parte, la y-globulina puede estar aumentada como respuesta a infección. Siempre hay disminución de la tasa metabòlica, pero ello está aproximadamente en proporción con la disminución de la masa celular. Las concentraciones plasmáticas de aminoácidos de cadenas ramificadas y de tirosina son menores de lo normal, mientras que las concentraciones de aminoácidos no esenciales pueden estar aumentadas; patrones anormales similares de aminoácidos plasmáticos aparecen sólo a los 4 días de hacer una dieta sin proteínas. La administración terapéutica de proteínas causa un aumento de la concentración de aminoácidos

Manganeso

en el plasma, acompañado a veces por aminoaciduria. El bajo contenido de potasio del plasma observado a menudo en la PEM probablemente sea debido en gran parte a las pérdidas por diarrea; se han descrito valores menores de 2,5 mmol/1; el magnesio plasmático puede estar más bajo por la misma razón. El sodio plasmático suele ser normal. El agua corporal total aumenta al 65-80% del peso corporal (lo normal es 60%). La hipofunción endocrina no es característica de la PEM. A veces se observan niveles aumentados de ciertas hormonas, p.ej., se ha descrito aumento de la hormona del crecimiento en el kwashiorkor; el cortisol plasmático y otros adrenocorticoesteroides pueden estar también aumentados. La función tiroidea es generalmente normal, pero la concentración de la insulina plasmática en ayunas puede ser baja. Para una revisión del efecto de la malnutrición sobre las hormonas circulantes, véase R.D.G. MilnerA/em. Soc. Endocr. 18 (1970) 191. Parece que en la PEM no hay cambios adaptativos para hacer un uso más económico de la energía. Una ingesta disminuida de proteínas determina niveles aumentados de las enzimas que activan los aminoácidos y tasas disminuidas de síntesis de urea, pero el metabolismo normal de aminoácidos y proteínas se restaura rápidamente cuando se hace una ingesta normal de proteínas (excepto en el kwashiorkor, en el que el envenenamiento por aflatoxina causa daños en el hígado). Por tanto, se produce una rápida recuperación inmediatamente después de recibir una dieta equilibrada; durante la recuperación, la utilización de energía puede ser casi el 40% más alta de lo normal hasta que se alcanza el peso corporal adecuado para la edad. Véase Kwashior-kor, Marasmo. Malta, azúcar de (Malt sugar): véase Maltosa. Maltasa (Maltase): véase Disacaridasas. Maltosa (Maltose), maltobiosa, azúcar de malta: 4-O-a-D-glucopiranosil-D-glucosa, disacárido reductor, Mr 342,3. El monohidrato de M., cristalizado en agua o etanol diluido, p.f. 102103°C, no pierde el agua de cristalización cuando se seca a temperatura ambiente en vacío sobre P 2 0 5 . [a]D20112°C 130,4° (c = 4). La M. consiste en dos moléculas de D-glucosa, en forma piranosa, unidas por enlace a-1,4 glicosídico. Es un estereoisómero de la celobiosa. Con la lactosa y la

sacarosa, es uno de los tres disacáridos naturales más comunes. Se hidroliza, formando dos moléculas de D-glucosa, por ácidos inorgánicos diluidos, o enzimàticamente por la a-glucosidasa (antes denominada maltasa) de levaduras, malta y secreciones digestivas. La M. es la unidad estructural fundamental del almidón y del glucógeno; también se encuentra en forma libre en las plantas superiores. El monohidrato de M. se prepara técnicamente, con un 80% de rendimiento, por degradación del almidón con amilasas (diastasas). Sirve como sustrato fermentable en la industria de la cerveza, como componente de alimento preparado para abejas, como sustrato para medios de crecimiento microbianos, y en general en productos ali-menticios y farmacéuticos como nutriente y edulcorante (un tercio de la dulzura de la glucosa).

a-Maltosa Malvidina (Malvidin): catión de 3,5,7,4'tetrahidroxi-3'-5'-dimetoxiflavilio, aglicona de diversas antocianinas. Se conocen 10 glicósidos naturales de M., p.ej., la oenina (sinón. primulina, ligulina), 3-p-glucósido de M., es el pigmento de la piel de las uvas negras y de las flores de la especie Prímula sp., y la malvina (3,5-di-pglucósido de M.), de la malva común (Malva sylvestris) y otras plantas con flores. Malvina (Malvin): véase Malvidina. Mamotropina (Mammotropin): véase Prolactina. Mananos (Mannans): polisacáridos ampliamente distribuidos en plantas como material de reserva, asociados con celulosa y hemicelulosa. Los M. vegetales consisten en unidades de Dmanosa unidas predominantemente por enlaces glicosídicos a-1,4. Las paredes celulares de levaduras contienen M. consistentes en un esqueleto de mañosa unido por enlaces a-1,6 con ramas cortas (1-3 unidades de mañosa) unidas por enlaces a-1,2 y a-1,3. Manganeso (Manganese), Mn: bioelemento presente en todas las células vivas, que contienen generalmente menos de 1 ppm en peso seco, o 507

D-Manitol menos de 0,01 mM en peso de tejido fresco; los huesos contienen 3,5 ppm. Las esporas bacterianas tienen niveles altos de Mn(II) (0,3 % de peso seco), que es necesario para la esporulación del Bacillus subtilis, las cuales pueden mantener una concentración intracelular de Mn de 0,2 mM frente a una concentración externa de 1 (iM. Es un nutriente esencial para animales y plantas; su deficiencia en los animales produce degeneración de las gónadas y anormalidades esqueléticas; en los pollos, produce una anormalidad esquelética característica denominada enfermedad del tendón deslizado o perosis. En los vegetales, la deficiencia de Mn produce clorosis y moteado. Muchas glicosiltransferasas (en particular las galactosil- y N-acetilgalactosamiltransferasas) requieren Mn para su actividad, lo que explica el desequilibrio del metabolismo de los mucopolisacáridos asociado con los síntomas de deficiencia de Mn. Es necesario para la pirofosfato de farnesilo sintetasa, que cataliza una etapa de la síntesis del colesterol, y también en un punto anterior de la síntesis del colesterol, probablemente en alguna etapa de la conversión de acetato en mevalonato. La lactosa sintetasa también requiere Mn. La piruvato carboxilasa contiene cuatro átomos de Mn (es decir, uno en cada molécula de biotina); el Mn(II) es esencial para la transcarboxilación y la carboxilación inicial ATPdependiente de la biotina requiere Mn(II) o Mg(II). La superóxido dismutasa de Escherichia coli (Ai 39.500) contiene dos átomos de Mn(III). La superóxido dismutasa mitocondrial de levaduras es un tetràmero con un átomo de Mn por subunidad (Ai 24.000); existen enzimas similares en la mitocondria del hígado del pollo. Presumiblemente el Mn de las superóxido dismutasas alterna los estados de oxidación III y II durante la catálisis. La manganina, una proteína de los cacahuetes (Ai 56.000), contiene un átomo de Mn; la avimanganina, una proteína de funciones desconocidas del hígado de las aves (Ai 89.000), un átomo de Mn(III), y la Concanavalina A (A/ 190.000) del haba blanca, un átomo de Mn(II). El Mn también puede ser importante en la regulación de la actividad enzimàtica; p.ej., la glutamina sintetasa no adenilada requiere Mg(II), pero la forma adenilada une Mn(II). La especificidad de las nucleasas y las DNA polimerasas cambia cuando se sustituye el Mg(II) por Mn(II); no está claro el significado fisiológico de estas diferencias. 508

El centro de reacción del fotosistema II de los cloroplastos contiene 2-4 átomos de Mn. El efecto de la deficiencia de Mn en la fotosíntesis se asemeja al envenenamiento por DCMU (véase), es decir, inhibe la evolución del 0 2 en el fotosistema II, pero no afecta al fotosistema I. Se cree que el Mn está íntimamente implicado en la primera etapa de la fotolisis del agua, probablemente alternando entre los estados III y II. D-Manitol (D-Mannitol), manita, azúcar de maná: hexitol relacionado con la D-manosa. Ai 182,17, HOH 2 C-CHOH-CHOH-CHOH-CHOHCH2OH, p.f. 166°C, [CC]D -2,1 ° (agua). Se encuentra ampliamente distribuido en las plantas y en sus exudados y en los hongos y algas marinas. El exudado del arbusto del maná (Fraxinus ornus) contiene 75% de M. Se utiliza como sustituto del azúcar para los diabéticos. D-Manosa (D-Mannose), seminosa, carubinosa: una hexosa,Ai 180,16; forma a p.f. 133°C, [a]D20 +29,3° +14,2° (agua); la forma P se descompone a 132°C, [a]™ -17,0° + 14,2° (c = 4). Es un epímero C-2 de la D-glucosa. En las plantas, sólo ocasionalmente se encuentra en forma libre, pero es constituyente de muchos polisacáridos de Ai alta, p.ej. de algas, levaduras y plantas superiores. El maná exudado del arbusto del maná, (Fraxinus ornus) contiene niveles especialmente elevados de D-M. En su metabolismo, la forma activada del azúcar es el DGPderivado (no el UDP, como en otros muchos azúcares). Se degrada a su 6-fosfoderivado, que se transforma en 6-fosfato de glucosa.

CH,0H

D-manosa D-Manosamina (D-Mannosamine): 2-amino2-desoxi-D-manosa, aminoácido relacionado con la mañosa, en el que el grupo hidroxilo del C-2 de esta está sustituido por el grupo amino. Ai 179,17, p.f. del cloruro 180°C, [a] D - 3 o . La manosamina es componente de los ácidos neuramínicos, mucolípidos y mucoproteínas animales. Manosidosis (Mannosidosis): véase Errores congénitos del metabolismo.

Materia viva

D-Manurónico, ácido (D-Mannuronic acid): ácido uránico derivado de D-manosa, Mr 194,14. Es un constituyente del ácido algínico, poliurónido. Marasmo (Marasmus): enfermedad de deficiencia nutricional, principalmente de niños menores de un aflo, debida a la falta de proteínas y calorías en la dieta. Generalmente está asociada a deficiencias de minerales y vitaminas y a infecciones gastrointestinales. El peso corporal es menor del 60% del normal para la edad. La deshidratación es común, hay poca o nada grasa subcutánea, y los niveles de albúmina del plasma son 25 g/I (los normales son 40 g/1). Las lesiones capilares y de la piel características del kwashiorkor están ausentes. Las víctimas de marasmo tienen a menudo una historia de destete brusco y temprano, seguido por una alimentación artificial (y a menudo en condiciones no higiénicas) pobre en proteínas y calorías. En estas condiciones se puede producir gastroenteritis que si se trata con alimentos inadecuados, precipita y/o exacerba la enfermedad. Se distingue entre M. nutricional (producido por una alimentación inadecuada) y M. producido por infección (aunque inevitablemente en un ambiente de malnutrición); la primera es más frecuente en las zonas urbanas que en las rurales del mundo subdesarrollado. A diferencia del kwashiorkor, el M. no depende del clima y fue bien conocido en otro tiempo en las áreas industriales de Europa y Norteamérica. El M. infantil es equivalente a la inanición en los adultos. Véase Kwashiorkor, Malnutrición calórico-proteica. Marcador, recuperación del (Marker rescue): véase tecnología de DNA recombinante. Mareaje, lugar de (Labelling site): véase Técnicas isotópicas. Marihuana (Marihuana): véase Hachís. Marker, síntesis de (Marker synthesis): síntesis de laboratorio desarrollada por R.E. Marker para la conversión de diosgenina en progesterona (Fig.). Entre 1939 y 1942, Marker recolectó una serie de plantas con objeto de encontrar una fuente rica del material de partida, diosgenina, que ya era conocida en las especies de Dioscorea en Japón. En México se encontraron dos buenas fuentes, Dioscorea composita («barbasco») y D. macrostachya («cabeza de negro»), conocidas también como «boniatos mejicanos». Desde 1950, todas las hormonas esferoides se obtienen en el laboratorio a partir de

diosgenina; aunque se dispone de otros métodos sintéticos, la S.M. es todavía importante; el resultado de ella fue que, en los años cuarenta, el precio del g de progesterona bajó desde más de 80 dólares (cuando se obtenía por extracción de ovarios animales) a menos de 50 céntimos. Maroteauz-Lamy, síndrome de (MaroteauzLamy syndrome): véase Errores congénitos del metabolismo. Masa atómica, unidad de (Atomic mass unit): véase Dalton. Masa molar (Molar mass) (símbolo M): numéricamente igual a Masa molecular relativa (véase), pero con unidades, p.ej., la masa molar de la glicina es 75 g mol"'. A veces es necesaria en vez de laMr, como en la ecuación de Svedberg: A/ = R x T x S/D (1 - vp). Masa molecular (Molecular mass): masa de una molécula medida en Daltons (véase). Masa molecular relativa (Relative molecular mass) (símbolo Mr): masa de una molécula en relación con el Dalton (véase); no tiene unidades. Es equivalente a «peso molecular», término usado ampliamente en ciencias físicas y biológicas, el cual se debe evitar, porque la palabra «peso» es dimensionalmente incorrecta, y reemplazarse por masa molecular relativa (A/). Masilla (Mastich): véase Resinas. Material genético (Genetic material): el transportador de la información hereditaria. En organismos superiores, bacterias y algunos virus es DNA de doble hebra; en algunos virus es DNA de hebra sencilla y en otros es RNA. Véase ácido Desoxirribonucleico; Cromosomas. Materia viva (Living matter): en bioquímica, la sustancia corpórea de los organismos y células vivas. Por análisis elemental se ha determinado que está compuesta por unos 40 elementos químicos (véase Bioelementos), de los que unos 10 representan más del 99% de la sustancia corpórea. El compuesto inorgánico dominante es el agua, medio en el que tienen lugar los procesos vitales. De las moléculas orgánicas (biomoléculas), las más importantes cuantitativamente son los glícidos, proteínas y lípidos, que son por tanto las principales clases de nutrientes para el hombre y los animales. Cualitativamente, las más significativas son las proteínas, determinantes de la estructura, función y especificidad biológicas, los ácidos nucleicos, portadores de información genética, y los lípidos, componentes estructurales de las membranas proteolipídicas (biomem509

Materia viva AcO

CH3

Acetato de 16-deshidropregnenolona

Progesterona

Síntesis de Marker de progesterona a partir de diosgenina.

Tabla 1. Contenido de agua, compuestos inorgánicos y orgánicos (en porcentaje de peso fresco) de la sustancia corpórea de animales y vegetales. Los valores son aproximados Clase de sustancia

Animales

(%)

(%)

Agua

60

75

Minerales

4,3

Vegetales

2,5

Glícidos

6,2

Lípidos

11,7

0,5

Proteínas

17,8

4,0

510

18

branas). La Tabla 1 muestra el contenido medio de agua, minerales y biomoléculas de plantas y animales. Las grandes diferencias en la composición de plantas y animales reflejan su diferente forma de obtener los nutrientes. Las plantas verdes carbono-autótrofas son los productores primarios de glícidos de la tierra y los emplean extensivamente como sustancias de reserva y c o m o constituyentes de las paredes celulares (almidón, celulosa, etc.). Los animales nitrógeno-heterótrofos consumen generalmente una dieta bastante rica en proteínas, que utilizan como material de sostén. La Tabla 2 muestra la composición química aproximada del cuerpo

Medio nutritivo

Tabla 2. Composición química del cuerpo humano (adaptado de Rapoport). Valores redondeados Clase de sustancia

%

kg (Peso fresco)

Agua Minerales Glícidos Lípidos Proteínas Acidos nucleicos

60 4 1 15 19 1

42,0 2,8 0,7 10,5 13,3 0,7

humano. La mayor parte de la masa de las bacterias (véase Escherichia coli) está constituida por proteínas, que representan hasta el 70% del peso seco, mientras que las moléculas lipídicas predominan numéricamente. El número de moléculas de cada clase se calculó a partir de su masa utilizando el número de Avogadro (6,02 x 1023 = número de moléculas por mol). La capacidad biosintética de una célula bacteriana se describe en Escherichia coli. Matriz (Matrix): véase Estroma. Mavacurina (Mavacurin): uno de los alcaloides del Curare (véase). Máxima, sustancia C de (Maxima substance C): véase Isoflavona. McArdle, enfermedad de (McArdle's disease): véase enfermedad por almacenamiento de Glucógeno. Mecamilamina (Mecamylamine): véase Acetilcolina. Mecanismo de ping-pong (Ping-Pong mechanism): véase notación abreviada Cleland. Mecanismo secuencial (Sequential mechanism): véase notación abreviada Cleland. Mecocianina (Mecocyanin): véase Cianidina. Medio de cultivo (Growth medium): véase Medio nutritivo. Medio nutritivo (Nutrient medium), medio de cultivo: medio líquido o sólido para el cultivo de microorganismos, células, tejidos u órganos. Los medios sólidos se preparan a partir de medios líquidos por adición de un agente gelificante, p.ej., gelatina (actualmente sólo usada en casos especiales), ácido silícico (cuando es necesario prescindir de compuestos orgánicos), o Agar-agar (véase), usado ampliamente en bacteriología, generalmente a concentraciones de 1,5-2%. Los M.n. contienen cantidades relativamente grandes

de elementos minerales junto con elementos traza, los cuales están a menudo en cantidades suficientes como impurezas en los otros componentes del medio. Los consituyentes minerales, o nutrientes inorgánicos, deben equilibrarse adecuadamente para evitar efectos competitivos de los iones, para alcanzar el valor de pH adecuado y para establecer el estado de óxido-reducción correcto del M.n. La composición de un M.n. complejo está bastante mal definida, de manera que cuando no se conocen exactamente los requerimientos nutricionales del cultivo, hay que añadir al medio, p.ej., extracto o autolisados de levadura, extracto de carne, peptona, leche de coco, u otras mezclas naturales complicadas. Para usar un M.n. es siempre necesario definir los requerimientos mínimos de crecimiento para el sistema en cuestión, lo cual permite utilizar M.n. sintéticos (es decir, hechos mezclando productos químicos definidos de pureza conocida), o M.n. mínimos (medios sintéticos que contienen sólo los componentes que se necesitan). Algunos sistemas tienen requerimientos de crecimiento bastante complicados y exactos, de manera que es necesario añadir factores de Crecimiento (véase). Los organismos auxotróficos necesitan también factores de crecimiento que no necesita el organismo parental prototrófico de tipo salvaje (véase técnica de Mutantes). Una fuente de carbono y energía frecuente en los M.n. sintéticos es la glucosa. En su presencia, la utilización de otras fuentes de carbono menos eficientes se evita generalmente por represión por catabolito. La fuente de nitrógeno depende del sistema de crecimiento; puede ser inorgánico, p.ej., nitrato o amoníaco; u orgánico, p.ej., urea. La Tabla 1 muestra la composición de un medio de cultivo bacteriano simple. En las Tablas 2 y 3 se recoge la composición de una solución de

Tabla 1. Medio de cultivo sintético simple para microorganismos (según Schlegel) Glucosa NH4C1 K2HP04 MgS0 4 7H 2 0 FeS0 4 .7H 2 0 CaCl2 Solución de elementos traza Agua

10,0 g 1,0 g 0,5 g 0,2 g 0,01 g 0,01 g 1 mi L000 mi 511

Mejora, efecto de

Tabla 2. Solución de vitaminas usada para la preparación de medios de cultivo para bacterias del suelo y del agua (según Schlegel). Se añaden 2-3 mi de esta solución a 1.000 mi de medio de cultivo Biotina Vitamina B12 Ácido nicotinico Acido /j-aminobenzoico Tiamina Ácido pantoténico Piridoxamina Agua destilada

0,2 mg 2,0 mg 2,0 mg 1,0 mg 1,0 mg 0,5 mg 5,0 mg 1.000 mi

Tabla 3. Solución A-Z, o solución de elementos traza de Hoagland A12(S04)3 KI KBr Ti0 2 SnCl2.2H20 LiCl MnCl 2 .4H 2 0 B(OH)3 ZnSO, CuS0 4 .5H 2 0 NÍS0„.7H 2 0 CO(N03).6H20 Agua destilada

0,055 g 0,028 g 0,028 g 0,055 g 0,028 g 0,028 g 0,389 g 0,614 g 0,055 g 0,055 g 0,059 g 0,055 g 100 mi

vitaminas y de una solución de elementos traza usadas en la preparación de algunos M.n. Mejora, efecto de (Enhancement effect): véase efecto Emerson. Melaninas (Melanins): polímeros amorfos de quinonas indólicas, de M alta, fórmula empírica (C 8 H 3 N0 2 ) X , que contienen 6-9% de nitrógeno. Son pigmentos naturales presentes principalmente en el reino animal, en vertebrados e insectos, y ocasionalmente en microorganismos, hongos y plantas superiores. En los mamíferos hay dos tipos: las Eumelaninas (véase) nitrogenadas e insolubles, de color marrón o negro, y las Feomelaninas (véase) que contienen azufre, solubles en álcalis, de color más claro. Los Tricocromos (véase), grupo de pigmentos de M¡ baja y color amarillo, rojo y violeta, se clasifican generalmente como M. ya que actúan como pigmentos y están relacionados biogenéticamente con ellas, es decir, proceden de la oxidación de tirosina (Fig.). Las M. se sintetizan 512

en los melanosomas, que se encuentran en los melanocitos; también se sintetizan en la retina del ojo. Todas se biosintetizan a partir de L-tirosina (I en la Fig.), que se convierte en indol-5,6-quinona (XI), vía dopa (II), dopaquinona (III), leucodopacromo (VIH), dopacromo (IX) y 5,6-dihidroxiindol (X). El XI se polimeriza oxidativamente a eumelanina. Alternativamente, el III interacciona con cisterna formando cisteinil-dopa (IV), que se oxida a cisteinilquinona (V). La ciclación de V conduce a VI, que se reduce a benzotiazina (VE) por IV. La formación de V a partir de IV sólo requiere cantidades catalíticas de oxígeno, y después la reacción procede espontáneamente. La dihidrobenzotiazina (VII) es precursora de las feomelaninas y de los tricocromos. En estado nativo, las M. están generalmente unidas a proteínas, formando melanoproteínas con un contenido proteico de 10-15%. En los hombres y otros mamíferos, los pigmentos de la piel, pelos y ojos son casi exclusivamente M. Los pigmentos de muchas plumas de aves, la piel de reptiles y peces, los exoesqueletos de insectos y el componente coloreado (melanina de sepia) de la tinta de las sepias (Sepia officinalis) son todos M. Pueden estar distribuidas de forma difusa o en gránulos. En el hombre, el grado de coloración de la piel, desde pálida hasta marrón o negra, depende exclusivamente de la concentración de M., que es particularmente elevada en los lunares y pecas. La luz del sol provoca el aumento de la síntesis de M. (bronceado), la cual actúa como agente protector de la superficie corporal del exceso de radiación ultravioleta. El cambio de color del camaleón y de otros animales se debe a un cambio controlado hormonalmente de la distribución de M. (véase Melanotropina). La oxidación de dopa a M. está catalizada por la Tirosinasa (EC 1.14.18.1) (véase), cuya ausencia (generalmente un defecto hereditario autosómico de la capacidad para sintetizar la enzima) produce albinismo; en la mayoría de los grupos de mamíferos se producen ocasionalmente individuos albinos, que carecen completamente de M. en los ojos, piel, pelo, etc. El albinismo también se puede originar por 1. polimerización deficiente de M., 2. fallo en la síntesis de la matriz proteica del gránulo de M., 3. ausencia de tirosina y 4. presencia de inhibidores de tirosinasa. Melanocito, hormona estimulante del (Melanocyte stimulating hormone): véase Melanotropina.

Melanotropina

o

Eumelanina (estructura parcial)

Tricocromos HOOG

Melanotropina (Melanotropin), hormona estimulante del melanocito, MSH: hormona peptídica o neuropéptido producido por las células opiomelanotropinérgicas de la pars intermedia de la pituitaria y por neuronas del sistema nervioso central. En las especies que carecen de pars intermedia (p.ej., pollos, marsopas, ballenas), se produce a - M S H en la n e u r o h i p ó f i s i s . La producción de a - M S H en la pituitaria está sometida al control de las hormonas MRH y MIH (véase Hormonas liberadoras) del hipotálamo. La a - M S H pertenece a una familia de hormonas peptídicas que incluyen ACTM, ß-lipotropina, endorfinas, encefalinas y otras, todas derivadas de una proteína precursora común, la pro-opiome-

lanocortina (véase Péptidos, Fig. 3). La a-MSH se reconoció y denominó inicialmente por su capacidad de dispersar la melanina en los m e l a n ó f o r o s de la piel de los vertebrados poiquilotermos; también aumenta la deposición de melanina en los mamíferos, pero su papel en la pigmentación del hombre es incierto. La actividad similar a MSH en la sangre y la orina aumenta en el embarazo en la mujer (la prueba de la piel de rana descrita más adelante se diseñó originalmente para detectar el embarazo). Esta actividad puede ser de origen fetal (se cree que la pituitaria fetal produce a-MSH, que puede desempeñar algún papel en el desarrollo fetal), pero no se ha establecido su origen e identidad. Los adultos 513

Melanotropina

humanos no parecen poseer MSH circulante, pero se encuentra a-MSH en todo el sistema nervioso central del hombre y otros animales, donde la forma desacetilada es más abundante que la acetilada. Se sintetiza y secreta por un sistema transmisor multineuronal opiomelanotropinérgico, cuyas neuronas específicas se han localizado en el cerebro mediante métodos inmunológicos. Hay concentraciones especialmente elevadas de a MSH en los axones y terminales del área hipofisiotrópica del hipotálamo, y los cuerpos celulares que contienen a-MSH se localizan en el núcleo arcuatus y en la región dorsolateral del hipotálamo. Entre los efectos de la a-MSH en los mamíferos se incluyen el despertar, incremento de la excitación, motivación, mayor atención y retención de la memoria, así como mayor capacidad para adquirir conocimientos. Se ha demostrado que la a-MSH promueve la secreción

de somatotropina e inhibe la de prolactina y de hormona luteinizante. Las mismas neuronas producen a-MSH y Pendorfinas (que estimulan la secrección de prolactina), por lo que la a - M S H puede ser antagonista endógena de la P-endorfina, previniendo la hiperprolactinemia, aunque no está clara la verdadera interacción de estos dos efectos opuestos. El análisis clásico de a - M S H es el bioanálisis de la piel de rana (Rana pipiens) in vitro, basado en la dispersión centrífuga de los gránulos de melanina en los procesos dendríticos de los melanóforos dérmicos, produciendo el oscurecimiento de la piel. El análisis puede detectar concentraciones mínimas de a-MSH, 10~"M, y produce curvas de dosis-respuesta en el rango de 2,5 x 10"" - 4 x 10-"'M. También se puede usar piel de lagarto, pero es mucho menos sensible. Un método posterior mide el incremento

0 H H II - — N-c - c — CH2 Cys S il S 1 CH2 Cys

[Cys'.Cys10] - a-MSH

~ - C - C—N — II H H 0

NH®

CONH

Representación bidimensional de la conformación en giro inverso de la a-MSH. El área sombreada representa la secuencia mensajera o centro activo. La sustitución de Met-4 y GIy-10 por residuos de Cys acoplados oxidativamente produce [Cys4,Cys10]-a-MSH, una MSH superpotente. 514

Melatonina

de la conversión de (a-32P)ATP en (32P)cAMP en las membranas plasmáticas de células de melanoma S-91 (Cloudman) de ratón en respuesta a la a-MSH. Otros sistemas de análisis han sido la activación de tirosinasa o la producción de cAMP en células enteras de melanoma. La a-MSH de los mamíferos es una acetiltridecapeptidamida, cuya secuencia de aminoácidos 1-13 es idéntica a la de la ACTH (véase Corticotropina): Ac-Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-PheArg-Trp-Gly-Lys-Pro-Val-NH 2 . La forma desacetilada es menos potente y la acetilación/ desacetilación es probablemente un método de control de la potencia de la a-MSH en los mamíferos (la a-MSH y la p-endorfina son los únicos péptidos N-acetilados conocidos, aunque se han descrito muchas proteínas iV-acetiladas. El salmón sólo tiene la forma desacetilada. La a-MSH del tiburón (Squalus acanthias) es también un tridecapéptido, y sólo difiere de la de los mamíferos en dos aspectos; la Ser N-terminal nunca está acetilada y el C-terminal es Met (que puede estar amidado o tener un grupo carboxilo libre). La principal forma de reserva y liberación de la pituitaria de rata es la N,0-diacetil-a-MSH, en la que los grupos amino e hidroxilo de la Ser N-terminal están acetilados. Algunos fragmentos de a-MSH tienen actividad melanotrópica menos potente, lo que ha hecho pensar que existe un centro activo o secuencia mensajera. Tal propiedad se ha atribuido a dos secuencias de la a-MSH: -Met-Glu-His-Phe-ArgTrpy-Gly (residuos 4-10 de a-MSH y ACTH) y -Lys-Pro-Val-NH2 (residuos 11-13 de a-MSH y ACTH), ambos capaces de actuar independientemente sobre el centro receptor hormonal responsable de la dispersión de melamina. Otros autores no han podido confirmar la actividad de la última secuencia, pero es de aceptación general que la secuencia heptapeptídica 4-10 representa la verdadera secuencia mensajera de la a-MSH. La p-MSH contiene la misma secuencia heptapeptídica mensajera, pero los aminoácidos que la flanquean son diferentes: (bovina) Asp-Ser-GlyPro-Tyr-Lys-Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly-SerPro-Pro-Lys-Asp. La P-MSH humana tiene 4 residuos adicionales (Ala-Glu-Lys-Lys-) en el extremo N-terminal. Las a - y P-MSH proceden de diferentes regiones del mismo precursor, la proopiomelanocortina. El P-MSH tiene una actividad biológica similar a la de la a-MSH en la prueba de la piel de la rana; probablemente existe en la

naturaleza, aunque se cree que no tiene una función fisiológica periférica y que representa un subproducto de la degradación de la P-lipotropina. En la actualidad se sabe que la P-MSH aislada de la pituitaria es un fragmento de la P-lipotropina formado durante la extracción, y que los informes previos sobre p-MSH circulante en el hombre eran erróneos. Una tercera región de la pro-opiomelanocortina contiene la secuencia: -Met-Gly-His-Phe-Arg-TrpAsp-, muy similar a la secuencia heptapeptídica mensajera. Ello sugiere la existencia de una tercera MSH. El péptido Tyr-Val-Met-Gly-His-Phe-ArgTrp-Asp-Arg-Phe-Gly se ha encontrado en la naturaleza y se denomina y-MSH, aunque no se conoce su función biológica, si es que la tiene. Los estudios de la actividad y estructura de la a-MSH y de sus fragmentos sugieren que la molécula activa posee una configuración en giro inverso en la secuencia tetrapeptídica central: -His-Phe-Arg-Trp (Fig.). La verosimilitud de esta hipótesis se apoya en la síntesis de un análogo a-MSH restringido conformacionalmente, en el que Met-4 y Gly-10 están reemplazados por residuos de Cys. El entrecruzamiento oxidativo de estos residuos de Cys mantiene la molécula en una conformación con giro inverso permanente. i -i La [Cys\Cys l0 ]-a-MSH resultante tiene una potencia mínima en la prueba de la piel de la rana 10.000 veces superior a la de la a-MSH [V.J. Hruby etal., PeptideandProteinRev. 3(1984) 164; O. Khorram et al., Proc. Nat. Acad. Sci. USA 81 (1984) 8004-8008], Melanotropina, hormona inhibidora de la liberación de (Melanotropin release inhibiting hormone): véase Hormonas liberadoras. Melanotropina, hormona liberadora de (Melanotropin releasing hormone): véase Hormonas liberadoras. Melatonina (Melanotonin): N-acetil-5-metoxitriptamina, Mx 232,3, una hormona de la glándula pineal y de la retina. Inhibe el desarrollo de la función gonadal en el hombre y los animales jóvenes y la acción de las gonadotropinas en los animales maduros. Su síntesis se inhibe por la luz, que actúa a través de los ojos y el sistema nervioso central, y alcanza el máximo en la oscuridad. En la glándula pineal de roedores y en la retina de ranas y pollos, se ha observado el correspondiente ritmo circadiano en la actividad de la serotonina iV-acetiltransferasa (véase más adelante). Parece 515

Melecitosa

probable que la M. sea un efector en los ritmos de comportamiento de mamíferos o aves, aunque se desconocen los mecanismos moleculares [J. Redman, S. Armstrong & K. Ng, Science 119 (1983) 1089-1091]. Las ratas sometidas a iluminación permanente están en estro continuo, por la ausencia de la actividad antigonadotrópica de la M. En los anfibios, la M. media la respuesta de la pigmentación de la piel a la luz, invirtiendo el efecto de oscurecimiento de la hormona, y haciendo que los gránulos de melanina de los melanocitos se agreguen en vez de dispersarse. También parece influenciar en la renovación de los discos fotorreceptores de la retina de los vertebrados [J. Besharse y P.M. Iuvone, Nature 305 (1983) 133-135]. Se sintetiza a partir de serotonina por acetilación de la N-acetilserotonina, seguido por metilación (catalizada por la acetilserotonina metiltransferasa (EC 2.1.1.4)). En la glándula pineal, la biosíntesis de M. está controlada por la epinefrina, que estimula la adenilato ciclasa (EC 4.6.1.1), la cual estimula a su vez la proteína quinasa. Así se promueven las tres primeras etapas de la síntesis (L-triptófano—» 5-hidroxitriptófano—» serotonina —» N-acetil-5-hidroxitriptamina), sin implicar metiltransferasa. Sin embargo, la etapa limitante de la velocidad es la catalizada por la serotonina /V-acetìltransferasa. La M. se inactiva y excreta como 6-hidroxime-latonina, o como ácido 5metoxiindolacético.

Melatonina Melecitosa (Melezitose): O-a-D-glucopiranosil-(l 3)-0-p-D-fructofuranosil-(2 -> 1)a-D-glucopiranósido, trisacárido formado por una molécula de D-glucosa unida al disacárido turanosa (isómero de la sacarosa). Se encuentra a concentraciones elevadas en el maná que se forma en la superficie de las hojas de los pinos, y en la miel fabricada por abejas que se alimentan de él en tiempos de sequía. Melibiosa (Melibiose): 6-O-oc-D-galactopiranosil-D-glucosa, disacárido reductor formado por galactosa y glucosa, ambas en forma piranosa, 516

unidas por enlace a-1,4 glicosídico, que se encuentra en el jugo de los vegetales. Es un disacárido incluido en el trisacárido rafinosa. Melísico, ácido (Melissic acid): ácido ntriacontanoico, CH3-(CH2)26-COOH, ácido graso monocarboxílico de cadena larga, Ai 452,8, presente en forma de éster en la cera de abejas. Melisilo, alcohol de (Melissyl alcohol), alcohol de miricilo: 1-triacontanol, o 1-hidroxitriacontano, CHJ-(CH2)28-CH2OH, presente en las ceras de la cutícula de los vegetales. La cera de abeja consiste principalmente en éster palmítico de A.m. (miricina). Melitina (Melittin): amida polipeptídica lineal, tóxica (hemolítica), componente principal del veneno de abeja (aproximadamente 50% del peso seco, y a una concentración molar 50 veces superior a la de los demás componentes del veneno). El producto primario de la biosíntesis de M. es la prepromelitina, formada por 70 residuos de aminoácidos. La eliminación de la secuencia señal N-terminal de 21 residuos (véase hipótesis de la Señal) produce promelitina. La proteasa que elimina la secuencia señal está presente en muchas células animales y no es especie-específica; p.ej., cuando se inyecta mRNA de melitina en oocitos de Xenopus laevis, el primer producto detectable es promelitina y no prepromelitina. La liberación proteolítica de M. a partir de promelitina se produce probablemente fuera de las glándulas venenosas. Dado que la M. desorganiza las membranas fosfolipídicas, no es sorprendente que la promelitina contenida en las células secretoras sea menos potente que la M. Estructura primaria de la melitina: Gly-Ile-Gly-AIa-Val-Leu-Lys-Val-Leu-Thr-ThrGly-Leu-Pro-Ala-Leu-Ile-Ser-Trp-IIe-Lys-ArgLys-Arg-Gln-Gln-NH 2 . La distribución de los residuos hidrofóbicos neutros (1-20) e hidrofflicos, principalmente básicos (21-26), es muy desigual, lo cual determina una tendencia a mantenerse separados que probablemente explique los efectos farmacológicos y bioquímicos de la M. Membrana (Membrane): véase Biomembrana. Membrana celular (Cell membrane), plasmalema: la Biomembrana (véase) que constituye el límite exterior de la célula. Además de la M.c., las células vegetales y bacterianas también tienen Pared celular (véase). Membrana unitaria (Unit membrane): véase Biomembrana.

p-Mentadienos Memoria (Memory): capacidad del sistema nervioso para almacenar información. Se puede hacer una distinción funcional entre M. a corto plazo y a largo plazo: la primera dura horas o días y la segunda es más o menos permanente. Estudios con el caracol marino Aplysia han permitido conocer algunos de los procesos moleculares asociados con la facilitación y depresión de la transmisión sináptica desde los sentidos hasta las neuronas motoras. Cuando se repite un estímulo débil sin acoplarlo con algún r e f u e r z o positivo o negativo se produce habituación, una reducción de la intensidad y duración de la respuesta refleja. En las sinapsis del caracol, la habituación se asocia con una reducción del calcio que entra en la célula en cada potencial de acción. La afluencia de calcio determina la liberación del neurotransmisor desde la neurona; así, una disminución de la afluencia de calcio hace que se liberen menos moléculas de neurotransmisor en la sinapsis y que se debilite la transmisión de la señal. Por el contrario, se produce facilitación de una respuesta cuando un estímulo débil en una región está acoplado con un estímulo fuerte en otra región. (Cuando la facilitación es permanente, es equivalente al condicionamiento clásico). En estos moluscos se ha asociado la facilitación con un canal iónico para K+ que participa normalmente en la vuelta al potencial normal de membrana tras producirse el potencial de acción. Si este canal se bloquea parcialmente, el potencial de acción se prolonga y entran más iones de Ca2+ en la neurona, lo que hace que se libere más neurotransmisor. La serotonina y el cAMP facilitan la transmisión sináptica entre las neuronas sensitivas y motoras en Aplysia; Kandel y Schwartz han propuesto un mecanismo para explicarlo: la serotonina aumenta

la síntesis de cAMP, el cual a su vez activa una proteína quinasa que fosforila una o más proteínas asociadas con el canal de K + , reduciendo su eficacia para transportar K+ hacia el exterior. Estos autores especulan que la memoria a largo plazo puede ser el resultado de la facilitación permanente de las mismas sinapsis, posiblemente por la síntesis de una proteína reguladora lugarespecífica y muy sensible al cAMP. Esto concuerda con la observación de que, en vertebrados, los inhibidores de la síntesis de proteínas impiden el aprendizaje [E.R. Kandel y J. H. Schwartz, Science 218 (1982) 433-443], Otro modelo para la M. es la poten-ciación a largo plazo (LTP) que se produce en el hipocampo del cerebro de los vertebrados. La LTP es una facilitación estable de las respuestas sinápticas producida por trenes de impulsos nerviosos de alta frecuencia muy breves. Se ha informado de que la inyección de EGTA (quelante del calcio) en las neuronas postsinápticas inhibe la LTP. El mecanismo podría ser que el calcio activa una proteinasa que, a su vez, aumenta el número de lugares de unión al glutamato en la membrana postsináptica de estas sinapsis. Al unir el calcio que entra en la neurona, el EGTA evitaría la activación de la proteinasa, bloqueando así la LTP [G. Lynch et al., Nature 305 (1983) 719-721], Menadiona (Menadione): vitamina K 3 y provitamina del grupo de la vitamina K (véase Vitaminas). Menaquinona-6 (Menaquinone-6): vitamina K2 (véase Vitaminas). p-Mentadienos (p-Menthadienes): hidrocarburos monoterpénicos monocíclicos doblemente insaturados.A/ 136,24. Son más comunes que los c o m p u e s t o s m o n o i n s a t u r a d o s de este tipo estructural. Hay 14 isómeros estructurales, de los

Nombre

A

p.e. (°C)

lai o

Distribución

(+)-Limoneno (-)-Limoneno (±)-Limoneno (Dipenteno) a-Terpineno P-Terpineno y-Terpineno (+)a-Felandreno (-)a-Felandreno (+)p-FeIandreno (-)P-Felandreno

1,8 1,8 1,8 1,3 1(7),3 1,4 1,5 1,5 1(7),2 1(7),2

177-178 177-178 175-176 173-175 75,5 (22 mm) 183 58-59 (16 mm) 173-175 173

+126,8 -122,6

Aceite de naranja y limón Aceite de menta Aceite de pino Elettaria sp. Pittosporum sp. Ampliamente distribuido Aceite de eucaliptus Aceite de hinojo Aceite de hinojo Aceite de eucaliptus

+45 -17,7 +62,5 -74,4

517

/»•Mentano Mescalina (Mescaline): 3,4,5-trimetoxifenilalanina, principal componente alucinógeno del peyote, usado como euforizante ceremonial por los indios mejicanos que viven cerca de la frontera entre México y USA. El peyote es fragmentos secos del cactus Anhalonium lexinii. El derivado sintético de la M., 2,5-dimetoxi-4-metilanfetamina (DOM), es un alucinógeno más potente.

que 9 se encuentran en la naturaleza en aceites volátiles. Los más comunes se muestran en la tabla. Muchos grupos de monoterpenos monocíclicos que contienen oxígeno derivan de los p-M. p-Mentano (p-Menthano): véase Monoterpenos, Fig. Mentol (Menthol): p-mentan-3-ol, el alcohol monoterpeno monocíclico de mayor importancia comercial, M 156,27. Contiene 3 átomos de carbono asimétricos; pueden existir 4 formas racémicas y 8 estereoisómeros, de los que la presente en la naturaleza es la (-)-M., el principal componente del aceite de menta, p.f. 43°C, p.e. 216°C, [oc]D -49,4°, p 515 0,904, 1,4609. Tiene un uso-limitado como perfume, pero por su sabor característico se utiliza en grandes cantidades en la preparación de aromatizantes, pasta dentrífica, etc. Su oxidación produce (-)-mentona,M 154,25, p.f. -6°C, p.e. 204°C, [a] D -29,6°, que es también un componente del aceite de menta.

(-)-Mentol

(-)-Mentona ([-]-Menthone): véase Mentol. Mercaptanos (Mercaptans): véase compuestos de Azufre. Mercapto, grupo (Mercapto group): véase grupo Tiol. Mercapturónicos, ácidos (Mercapturic acids): véase Glutatión S-transferasa. Meromiosina (Meromyosin): véase proteínas del Músculo. Merrifield, síntesis de (Merrifield synthesis): véase Péptidos. 518

och3 Mescalina Meselson y Stahl, experimento de (Meselson and Stahl experiment): el primer experimento que demostró de manera definitiva que la replicación del DNA es semiconservativa [M. Meselson & F.W. Stahl Proc. Nati. Acad. Sei. 44 (1958) 671-682], El DNA en el que todos los átomos de nitrógeno de sus bases son ,5N es ligeramente más pesado que el DNA «normal», cuyas bases contienen exclusivamente 14N. La diferencia de densidad de flotación permite la separación del DNA con l4N y el marcado con ,5N por centrifugación en gradiente de densidad de cloruro de cesio. La muestra de DNA (G

Células lavadas y resuspendidas en un medio de cultivo que contiene " N H 4 *

w

iras una fase de división celular con " N H ; como única fuente de N, sólo existe DNA híbrido ( , 4 N: , 5 N) ->G

V5N Tras una segunda fase de división celular en presencia de " N H ; , existen dos clases de DNA. A medida que continúa la división celular, la banda de densidad 1,725 se diluye y la de 1,704 se hace dominante.

V *

V N

Figura. Experimento de Meselson y Stahl. Las bandas de DNA en la célula de la ultracentrifuga analítica se detectan por su absorción de la luz UV. —> G indica la dirección de la aceleración de la gravedad (campo centrífugo).

célula hija el dúplex de las dos hebras recién sintetizadas), tras una sola fase de división celular en el medio de crecimiento que contiene 14NH+ aparecerían las dos clases de DNA, con densidad de flotación 1,704 y 1,744 g/ml. Si la replicación es semiconservativa (es decir, si cada hebra del dúplex parental actúa como molde para la síntesis de su pareja), tras una fase de división celular en presencia de 14NH+, todos los DNA de las células hijas serán híbridos l 4 N:' 5 N, de densidad intermedia. Después de una fase de división celular en presencia de 14NH4\ la banda de DNA marcado con l5N se sustituye por una banda única de híbrido l5 N:l4N (densidad 1,725 g/ml) y el DNA marcado con 14N (densidad 1,704 g/ml) no aparece hasta la segunda fase de la división celular (Fig.). Véase ácido Desoxirribonucleico. Mesterolona (Mesterolone): lcc-metil-3phidroxi-5a-androstan-3-ona, andrógeno sintético, de elevada actividad cuando se administra oralmente. Igual que la Metiltestosterona (véase), se usa en la terapia de insuficiencia gonadal y de trastornos endocrinos masculinos. Mestranol (Mestranol): 17a-etinil-3-metoxiestra-l,3,5(10)-trien-17|ì-ol, un estrògeno sintético.

Tiene gran actividad biológica cuando se administra oralmente, y se usa como componente de los inhibidores de la Ovulación (véase). Se diferencia del Etinilestradiol (véase) por la presencia de un grupo 3-metoxi. Met: abrev. de L-metionina. -Met-NH2: abrev. de un residuo de amidometionilo en el extremo C-terminal de un péptido o proteína. Metabòlica, derivación (Metabolic bypass): véase cortocircuito Metabòlico. Metabòlico, bloqueo (Metabolic block): véase técnica de Mutantes; Mutantes auxotrópicos. Metabolico, ciclo (Metabolic cycle): serie de reacciones catalíticas, en las que se regenera el producto de una reacción bimolecular: A + B C +A. El compuesto A actúa catalíticamente y se necesita sólo en pequeñas cantidades; se puede considerar como un transportador de B. La función catalítica de A y de otros productos del C.m. asegura la conversión económica de B en C; B es el sustrato del C.m. y C es el producto. Si se retiran compuestos intermedios del C.m., p.ej., para procesos de biosíntesis, se deben mantener sus 519

Metabòlico, ciclo concentraciones estacionarias por síntesis. La reposición de los productos intermedios consumidos se denomina anaplerosis. Sólo se necesita u n a r e a c c i ó n a n a p l e r ó t i c a , p u e s t o q u e el intermediario resultante está en equilibrio con todos los d e m á s miembros del ciclo. La anaplerosis puede tener lugar por una única reacción q u e c o n v i e r t e un m e t a b o l i t o c o m ú n e n un compuesto intermedio del C.m. (p.ej., piruvato a oxalacetato en el ciclo T C A ) o puede implicar una secuencia metabòlica de reacciones, es decir, una secuencia anaplerótica ( c o m o la ruta del glicerato, que proporciona fosfoéno/piruvato para la anaplerosis del ciclo de los ácidos dicarboxílicos). Los C.m. son anabólicos, catabólicos o anfibólicos. El ciclo de Calvin (véase) es un ciclo anabólico (sintético). Probablemente no existen ciclos catabólicos verdaderos, que no suministren intermediarios para biosíntesis. El c i c l o T C A (véase) es una ruta metabòlica central importante, que sirve tanto para la oxidación terminal de los sustratos c o m o para la provisión de intermedios para biosíntesis (p.ej., biosíntesis de porfirinas y de ciertos aminoácidos); es, por tanto, un C.m.

Tabla 1. Control de enzimas en el metabolismo Mecanismo de control

Tipo de control

Modificación química por enlace de grupos unidos covalentemente por enzimas específicas

Actividad enzimàtica

Modificación física por in- Actividad enzimàtica teracciones no covalentes: control alostérico (inhibición por retroalimentación, activación del precursor) Inducción (desrepresión), represión

Concentración enzimàtica controlada por la síntesis de la enzima

Exposición del centro activo por eliminación de péptidos

Activación del zimògeno por proteólisis limitada

Asociación de proteínas enzimáticas; desplazamiento del equilibrio entre la síntesis de novo y la degradación de la enzima por proteasas específicas de grupo (inactivasas)

Concentración enzimàtica

520

anfibólico. D e la misma forma, el c i c l o de los f o s f a t o s de Pentosa (véase) tiene una f u n c i ó n catabòlica y suministra a la vez fosfato de ribosa para la síntesis de ácidos nucleicos y de algunas coenzimas. El primer C.m. reconocido fue el ciclo de la Urea (véase), descrito por Krebs y Henseleit en 1932, que se puede considerar c o m o anabólico puesto

Tabla 2. Diferencias entre retroinhibición y represión de la síntesis enzimàtica Retroinhibición

Represión

Inhibición de la actividad enzimàtica

Inhibición de la síntesis enzimàtica.

Interacción alostérica de la enzima y el producto final, que actúa como efector alostérico negativo

El producto final actúa como correpresor y activa una proteína represora, que impide la síntesis proteica a nivel de la transcripción

Regulación epigenética

Regulación genética o transcripcional

Se inhibe la enzima alostérica de una cadena de reacciones (generalmente la primera enzima específica)

Si las enzimas relevantes están controladas por un operón, la regulación coordinada da lugar a la disminución de la síntesis de todas las enzimas de la cadena de reacciones

Regulación fina, rápida

Regulación tosca, lenta, por la que las enzimas en cuestión se eliminan por renovación y por crecimiento y división celular

Inhibición reversible, que depende de la concentración de producto final y de la naturaleza de la relación sigmoidea entre la actividad enzimàtica y la concentración del sustrato

Reversible por eliminación del metabolito inhibidor, es decir, el sistema inhibido se puede desinhibir

Se puede demostrar in vitro, p.ej., con enzimas purificadas

No se puede demostrar con enzimas purificadas; depende del sistema sintetizador de proteínas de la célula. En células enteras se impide la desrepresión por inhibidores de la transcripción y la traducción, y por inhibidores del metabolismo de los ácidos nucleicos y las proteínas

Metabòlico, control Tabla 3. Regulación metabòlica

intracelular

Sistema de regulación

Mecanismo y consecuencias

Sistema de regulación

Mecanismo y consecuencias

Compartimentación

Localización diferencial de las enzimas en orgánulos, membranas, etc.

Isosteria

Inhibición competitiva por análogos estructurales

Alosteria Barreras membranosas

Las membranas regulan el intercambio selectivo de materiales, separan compartimientos citoplásmicos y no citoplásmicos y crean gradientes de pH y de concentración para los procesos de ósmosis y fosforilación

Modificación física de la enzima y, por tanto, la actividad enzimàtica, por efectores alostéricos

Modificación química

Unión o eliminación de grupos unidos covalentemente que influyen en la estructura cuaternaria biológicamente activa de la enzima Exposición de los centros activos de las hormonas peptídicas y las enzimas digestivas por eliminación de una secuencia peptídica, es decir, una forma de procesamiento

Multienzimas metabòlica

Asociación de enzimas en sistemas y complejos multienzimáticos, es decir, compartimentación

Proteólisis limitada

Pools metabólicos

Compartimentación metabòlica

Regulación de la concentración enzimàtica

Regulación por cinética enzimàtica

Competencia entre las enzimas por los sustratos y cosustratos comunes según sus constantes de Michaelis; inhibición por el producto; efectos estequiométricos de los metabolitos sobre el equilibrio y las velocidades de reacción; cambios en el tipo y cantidad de efectores enzimáticos

Regulación de la actividad gènica

Inducción (desrepresión) y represión de la síntesis enzimàtica por regulación transcripcional sobre el DNA molde o la RNA polimerasa

Regulación de la biosíntesis proteica

Regulación en diversas etapas de la traducción

Regulación de la proteólisis

Cambio de la renovación proteica por alteración del balance entre la síntesis de novo y la degradación de la enzima

Regulación de la actividad enzimàtica:

q u e determina la síntesis d e urea dependiente d e energía; sin e m b a r g o , por su papel metabòlico en la degradación d e las proteínas y la desintoxicación del a m o n i o , es catabòlico. Sin e m b a r g o , en determinadas condiciones también suministra a r g i n i n a p a r a la s í n t e s i s d e p r o t e í n a s , y la anaplerosis se p r o d u c e por la síntesis de ornitina a partir d e glutamato. Metabolico, control (Metabolic control), regulación metabòlica: el m e t a b o l i s m o e s t á s o m e t i d o a un control análogo al d e los procesos

de regulación m e c á n i c a y electrónica e m p l e a d o s en la tecnología. D e u n a madera puramente formal, se p u e d e considerar que los sistemas vivientes son m á q u i n a s cibernéticas. El control es u n principio f u n d a m e n t a l en la organización d e los seres vivos, y d e p e n d i e n d o de la naturaleza d e la señal o del método de transferencia de i n f o r m a c i ó n , se distinguen cuatro g r a n d e s tipos: 1. Control neural (nervioso). El impulso n e r v i o s o es u n a señal e l é c t r i c a y la r e s p u e s t a reguladora p u e d e ser t a m b i é n eléctrica (p.ej., el 521

Metabòlico, cortocircuito

posterior impulso nervioso a un músculo) o química (p.ej., la producción de una hormona). Se puede considerar al sistema nervioso como un sistema de transmisión fisiològico. 2. Control hormonal (humoral). Las Hormonas (véase) actúan como señales químicas en un sistema de regulación superpuesto en los niveles más básicos del C.m. El cAMP actúa como segundo mensajero de muchas hormonas. Las hormonas se sintetizan en lugares específicos (glándulas endocrinas), y después son transportadas a los tejidos u órganos diana. Las regulaciones neural y hormonal representan un C.m. intracelular. 3. Expresión diferencial de los genes. Las señales para la expresión diferencial de un gen pueden ser químicas (hormonas) o medioambientales (p.ej., la luz). La expresión diferencial de los genes es responsable de la regulación, a nivel molecular, de la diferenciación y el crecimiento. 4. Mecanismos de retroalimentación y de activación por metabolitos en los que los propios metabolitos actúan directamente como señal en el control de su propia descomposición o síntesis. El mecanismo de retroalimentación puede ser negativo o positivo. La retroalimentación negativa determina la inhibición de la actividad o de la síntesis de una o varias enzimas de una cadena de reacciones por el producto final. La inhibición de la síntesis de las enzimas se denomina Represión enzimàtica (véase). La inhibición de la actividad de una enzima por el producto final es un efecto alostérico (véase Alosteria; Biosíntesis aromática); este tipo de control es bien conocido en la biosíntesis de aminoácidos en los organismos procarióticos y se conoce como inhibición por el producto final, inhibición por retroalimentación y retroinhibición. En la retroalimentación positiva, o activación por retroalimentación, un producto final activa una enzima responsable de su producción; p.ej., la trombina activa los factores VIII y V durante la coagulación sanguínea, contribuyendo así a la velocidad del sistema en cascada y a la rápida formación de un coágulo. Un ejemplo de activación enzimàtica por el metabolito es la activación de la glucógeno sintetasa por el 6-fosfato de glucosa, es decir, un metabolito activa una enzima implicada en su utilización. La Inducción enzimàtica (véase) es un proceso positivo de activación por metabolito. Los mecanismos incluidos en este apartado son todos de C.m. intracelular, estudiados principalmente en organismos procarióticos. 4a. Modificación química de las enzimas por formación o escisión de enlaces covalentes. Se han 522

estudiado en detalle dos mecanismos: la fosforilación-desfosforilación por proteína quinasas y proteína fosfatasas (véase fosfato de Adenosina; metabolismo del Glucógeno, regulación) y la adenilación-desadenilación (véase modificación covalente de Enzimas). 4b. La Modificación física de las enzimas es un proceso alostérico. Tanto 4a como 4b producen cambios en la conformación de la proteína enzimàtica activa. La modificación química produce cambios en el equilibrio: protómeros oligómeros, determinando el establecimiento o la desaparición de la estructura cuaternaria. También se realiza C.m. por competencia de las enzimas por sustratos y cosustratos comunes, estimulación de cofactores, regulación de la síntesis de la coenzima, inhibición por el producto e inhibición estequiométrica por metabolitos. Un importante principio del C.m. en eucariotas parece ser la regulación de las concentraciones de enzima activa por cambios en la renovación de las proteínas con actividad enzimàtica. Este tipo de control depende por tanto de la regulación de la Proteólisis (véase); p.ej., la concentración activa de la triptófano sintasa en levaduras está controlada por proteasas específicas de grupo, denominadas inactivasas, las cuales, a su vez, están reguladas por un inhibidor de inactivasas que es también una proteína. Las proteasas específicas de grupo inician probablemente una reacción en cascada en la que preparan a las proteínas para la posterior degradación por proteasas inespecíficas. Para más detalles de la regulación enzimàtica por proteólisis, véase Schimke, R.T. «On the Roles of Synthesis and Degradation in Regulation of Enzyme Levels in Mammalian Tissues», pp. 77120 en Current Topics in Cellular Regulation, edit. Horecker, B.L. and Stadtman, E.R., Vol.l, 1969, Academic Press; y todas las contribuciones al Simposio: Intracellular Protein Turnover, edit. Schimke R.T. & Katunuma, N„ 1975, Academic Press. Metabòlico, cortocircuito (Metabolic shunt), derivación metabòlica: ruta metabòlica que no realiza algunas reacciones y explota otras de rutas metabólicas primarias, p.ej., la ruta del Aminobutirato (véase) y el ciclo del Glioxilato (véase). El término se utiliza a veces con el significado de metabolismo secundario (véase Metabolitos secundarios). Metabolismo (Metabolism): suma total de los cambios químicos (y físicos) que tienen lugar en los organismos vivos y que son fundamentales para la vida. Los seres vivos utilizan los nutrientes del

Metabolismo, ácido crasuláceo

entorno de dos formas: para la síntesis de componentes del organismo (asimilación), o para degradarlos por oxidación con objeto de producir energía (desasimilación). Todos los constituyentes de los seres vivos están sometidos a un proceso continuo de degradación y resíntesis que se denomina Recambio (véase). El conjunto de los procesos de degradación se denomina Catabolismo (véase), y todas las reacciones implicadas en la síntesis, anabolismo. Una ruta anfibólica realiza ambas funciones, de degradación y síntesis. El M. representa una red cibernética con propiedades autorreguladoras (véase control Metabolico), que incluye muchos procesos cíclicos (véase ciclo Metabòlico). Como es un sistema abierto, sus procesos en multietapas se aproximan continuamente a un estado de equilibrio que nunca se alcanza totalmente, al menos mientras el organismo está vivo. Por lo tanto, el M. se describe mejor como un estado estacionario que como un estado de equilibrio. Sea S un sustrato inicial (p.ej., un componente de la dieta), que se transforma en el producto final E a través de una serie de compuestos intermedios

Las reacciones 1, 2, 3 —n son conversiones, catalizadas por enzimas, que conducen al producto final, según el principio de «organización por especificidad» (Dixon). El producto E se puede acumular o excretar. La cantidad de S transformada por unidad de tiempo es proporcional a la cantidad de E producida (se supone que la cantidad disponible de S es tan alta que se puede despreciar su disminución por unidad de tiempo). En el estacionario, las concentraciones de los compuestos intermedios I,, I 2 , 1 . . ,In son constantes, es decir, la tasa de cambio de concentración es cero: ds dt

dE =

+

di.

dt

dt

= 0

La cantidad de I2 que se forma por unidad de tiempo es igual a la cantidad de I, que se transforma y es proporcional a la concentración del,: dL dt

S = y,; dt

5

dt

= LI ; (k = valor constante)

I, k2 En equilibrio, k,I, = k.L , o — = — T i2 Kk 2 Esto conduce a las siguientes conclusiones: 1. Las concentraciones de los productos intermedios dependen de las constantes de velocidad; cuanto mayor sea la constante de velocidad de la reacción, menor será la concentración del compuesto intermedio. 2. La velocidad de las conversiones S —> E está determinada por la velocidad de la etapa más lenta; Krebs denominó a esta reacción la reacción que marca el paso. La situación se puede ilustrar por analogía a un canal con exclusas: por encima de la exclusa (que marca el paso), el nivel de agua es alto (los compuestos intermedios se encuentran a concentraciones de saturación altas). La exclusa determina la velocidad de flujo del agua (conversión de sustrato). Un súbito incremento de la concentración de un compuesto intermedio se autorregularía por desbordamiento y desvío del compuesto por canales metabólicos alternativos, lo cual ocurre antes de la reacción que marca el paso. Después de esta reacción, tal incremento produciría un aumento de la síntesis de producto final, que se almacena o se excreta. El producto final también puede regular su propia síntesis inhibiendo el proceso, de forma que la velocidad de producción de producto final se ajuste finamente a su velocidad de utilización por la célula (es decir, inhibición por el producto final, véase control Metabòlico). Véase también Metabolismo primario; Metabolismo secundario; cortocircuito Metabòlico; Metabolismo intermedio; Metabolismo energético; asimilación del Dióxido de carbono; Respiración. Metabolismo, ácido crasuláceo (Crassulacean acid metabolism), plantas CAM: algunas plantas fijan grandes cantidades de C 0 2 por la noche y lo guardan como ácido màlico por medio del ciclo de Hatch-Slack-Kortschak (véase). Esto hace que sus tejidos se vuelvan acídicos por la noche; por ello, el efecto se denominó «metabolismo ácido». El término crasuláceo se acuñó porque se observó por vez primera en especies de Crassulaceae, pero en ningún modo está limitado a esta familia. Algunas plantas tienen un CAM obligado, mientras que otras lo tienen facultativo. Es común en plantas adaptadas a áreas secas, que abren sus estomas solamente por la noche, pero 523

Metabolismo celular

también se encuentra en algunas plantas sumergidas para las que el C0 2 es limitante de su crecimiento. [G. Edwards, D.A. Walker C„ C„4 3 Mechanisms and Cellular and Environmental Regulation ofPhotosynthesis (Blackwell, London, 1983); I.P. Tingi4nn. Rev. Plant Physiol. 36 (1985) 595-622], Metabolismo celular (Cellular metabolism): véase Metabolismo primario. Metabolismo energético (Energy metabolism): reacciones que sirven para liberar energía por degradación de glícidos y grasas. El nexo de unión más importante entre las reacciones productoras y consumidoras de energía es el ATP, que se produce en grandes cantidades en la Respiración (véase), y algo en la Glicólisis (véase). En organismos fotosintéticos, también se produce ATP en las reacciones luminosas (véase Fotosíntesis). Puesto que los productos intermedios de la glicólisis y el ciclo TCA son también el producto inicial de muchas síntesis, no hay una clara separación entre M.e. y anabolismo. Metabolismo glicídico (Carbohydrate metabolism): la constante formación, transformación y degradación de los glícidos en el organismo. Las reacciones más importantes del M.g. son 1. Interconversiones entre las formas de almacenamiento poliméricas (glucógeno y almidón), y las formas monoméricas de transporte y de sustrato (glucosa), 2. Reacciones de degradación e interconversión de glícidos, y 3. Reacciones para la síntesis de glucosa a partir de compuestos no glicídicos (aminoácidos glucogénicos, lípidos). El 6-fosfato de glucosa tiene una posición central en todo el M.g. Además de rutas menores (véanse ruta del ácido Glucurónico; ruta de EntnerDoudoroff; ruta de la Fosfocetolasa), el 6-fosfato de glucosa participa en cuatro rutas principales: 1. Glucólisis (véase), 2. Síntesis de glucógeno (véase metabolismo de Glucógeno), 3. Ciclo de los fosfatos de Pentosa (véase), y 4. Hidrólisis enzimàtica para liberar glucosa. En los organismos animales, la eficacia de estas rutas depende de la función del tejido en cuestión. Un cambio en la actividad del tejido, como el que se produce durante una enfermedad, tiene un gran efecto sobre su M.g. (Fig. 1). En ciertas condiciones, se pueden resintetizar glícidos a partir de productos de degradación del M.g. Los productos iniciales de esta Gluconeogénesis (véase) son lactato y aminoácidos glucogénicos. 524

Hay tres fases diferentes en el M.g. 1. movilización, en la que los poli- oligo- y disacáridos se fraccionan y fosforilan a fosfatos de hexosa, particularmente a 6-fosfato de glucosa. En la digestión, la escisión se realiza por hidrólisis. 2. Interconversiones: las transformaciones mutuas de monosacáridos implican los siguientes tipos de reacciones: a) epimerización, inversión de la disposición estérica en un átomo de C, por epimerasas (p.ej., en el metabolismo de la galactosa; b) isomerización, transformación reversible de aldosas en cetosas, por isomerasas (p.ej., 3-fosfato de gliceraldehído en fosfato de dihidroxiacetona); c) transferencia de fragmentos C3 (véase Transaldolación) y C2 (véase Transcetolación) en forma de un residuo de fosfatoi de dihidroxiacetona o «glicolaldehído activo»; d) oxidación de una aldosa a un ácido y su descarboxilación subsiguiente. En esta segunda fase del M.g., los productos intermedios de la primera fase no se degradan completamente. Los productos principales son fosfatos de triosas. En estos procesos, aproximadamente una tercera parte del potencial de energía libre total se libera y se usa parcialmente para la síntesis de trifosfato de adenosina, rico en energía. 3. Cadenas de reacciones anfibólicas. Los productos de degradación del M.g. entran en el metabolismo general como piruvato y acetil-CoA (Fig. 2). Biosíntesis en el M.g. Las plantas son las principales productoras de glícidos de la naturaleza. En la fotosíntesis, una serie de reacciones enzimáticas produce derivados de monosacáridos Glucógeno Glicólisis

6-Fosfato de glucosa

Ciclo de los fosfatos de pentosa "

2%

55% j Glucosa Glucógeno | 2%

C02

Glicólisis 19%

|

6-Fosfato de glucosa

73%

1

Ciclo de los fosfatos de pentosa 6%

Glucosa

Figura I. Recambio del 6-fosfato de glucosa en circunstancias normales (arriba) y patológicas (diabetes mellitus) (abajo), como porcentaje del total.

Metabolismo glicídico Oligosacárídos

I

ATP A D P

Hexosas

T T P,

Fosfatos de hexosa (6-fosfato de glucosa)

Polisacárídos

H,0

Interconversiones: Isomerasas Epimerasas Desea rboxilasas Transaldolasas Transcetolasas Ruta de EntnerDoudorotf

Glicólisis

Ciclo de los fosfatos de peritosa

Ruta del glucuronato

Ruta de la fosfocetolasa

Fosfatos de pentosas Fosfatos de triosas |

jr Piruvato Otros ^t productos

Lípidos

Amino- m ácidos

AcetilcoenzimaA

Cadena respiratoria

Figura 2. Las tres fases del metabolismo de los glícidos. NTP es un trifosfato de nucleótido. fosforilados, que se pueden hidrolizar a glícidos libres, o convertirse en azúcares de difosfatos de Nucleósidos (véase). En la biosíntesis de polisacáridos como almidón, glucógeno y celulosa, las unidades de monosa6-Fosfato de fructosa t + UDP-glucosa Fructosa • [uDP-qlucoaa] .. UTP

i

UDP +

fosfato de sacarosa

' UDP •|sácarosj

—

1-Fosfato de glucosa ATP -^J|«MolécUaMcladora>

pp

JA (P-ef-. aürtUn

' *Iq 1,4-oBgosacárido) |ADP-glucoea] ADP + Almidón

Figura 3. Reacciones de la síntesis de almidón y sacarosa.

cálidos se activan por la formación de derivados nucleotídicos, y son transferidos por las enzimas apropiadas al extremo creciente, no activado, de la cadena polisacarídica. El nucleótido se elimina en la reacción de acoplamiento. La biosíntesis depende de la presencia de una molécula inicial muy polimerizada. El difosfato de uridina y glucosa (UDPG) y el difosfato de adenosina y glucosa (ADPG) desempeñan el papel más importante en la biosíntesis del oligosacárido sacarosa y del polisacárido almidón (Fig. 3). El difosfato de guanosina y glucosa también puede actuar como precursor para la síntesis de la cadena 1,4-glucosilo de la celulosa. Los oligo- y polisacáridos se degradan en el organismo por hidrólisis enzimàtica específica (hidrolasas) o fosforólisis (fosforilasas). 525

Metabolismo intermedio

La regulación del M.g. se caracteriza por estrechas interacciones entre las rutas metabólicas individuales mediadas por los productos metabólicos. La glicólisis se controla por regulación alostérica de las enzimas fosfofructoquinasa y piruvato quinasa. El factor controlador es la relación ATP/ADP. Un aumento de la producción de ATP en la cadena respiratoria inhibe la fosfofructoquinasa, mientras que un aumento del consumo de ATP estimula la renovación glucolítica del 6-fosfato de glucosa, por el elevado nivel de ADP que estimula la fosfofructoquinasa. Esto, a su vez, origina el aumento de formación de ATP por fosforilación de la cadena sustrato. Otro parámetro regulador de este sistema es la cantidad de oxígeno disponible (efecto Pasteur). El 6-fosfato de glucosa activa la glucógeno sintetasa; por lo tanto, una concentración alta de 6-fosfato de glucosa determina un incremento en la producción del glícido de almacenamiento glucógeno. Los productos intermedios del ciclo de los fosfatos de pentosa inhiben la primera enzima de la glicólisis, la fosfoglucosa isomerasa, lo que reduce la cantidad de degradación glicolítica. El NADPH producido en grandes cantidades en un ciclo de los fosfatos de pentosa activo, se puede usar en la síntesis de ácidos grasos. La síntesis lipídica excesiva se previene por la acción inhibidora de los compuestos de acilo de cadena larga-coenzima A, sobre la enzima clave del ciclo de los fosfatos de pentosa, la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. Metabolismo intermedio (Intermediary metabolism): término empleado en la química fisiológica antigua que incluye todas las reacciones metabólicas que se producen desde la ingesta de alimentos hasta la formación de productos de excreción. Actualmente es esencialmente idéntico al concepto de Metabolismo primario (véase). Metabolismo oxidativo (Oxidative metabolism): véase Respiración. Metabolismo primario (Primary metabolism): aquellos procesos metabólicos (véase Metabolismo) que son básicamente similares en todas las células vivientes, y que son necesarios para el mantenimiento y la supervivencia. Incluye los procesos fundamentales del crecimiento (síntesis de biopolímeros y sus constituyentes, síntesis de superestructuras macromoleculares de células y orgánulos), producción y transformación de energía y la Renovación (véase) del organismo y los constituyentes celulares. 526

Metabolismo quimiolitoautotrófíco (Chemolithoautotrophic metabolism): véase Fisiología nutricional de microorganismos. Metabolismo secundario (Secondary metabolism): véase Metabolitos secundarios. Metabolito (Metabolite): sustancia producida o consumida en el metabolismo. Los biopolímeros no están incluidos en esta definición, pero sí sus precursores y sus productos de degradación. Todas las moléculas pequeñas producidas o transformadas por acción de enzimas durante el metabolismo son M. Según la nomenclatura enzimológica, las sustancias (incluyendo los biopolímeros) que son atacadas por enzimas se denominan sustratos. Metabolitos secundarios (Secondary metabolites): sustancias como pigmentos, alcaloides, antibióticos, terpenos, etc., que se encuentran sólo en determinados organismos, órganos, tejidos o células, como productos del metabolismo secundario. Son, por tanto, distintos a los metabolitos primarios (productos del metabolismo primario o general) implicados en el metabolismo energético, en el crecimiento y en la estructura de todos, o al menos de grupos muy grandes de organismos, p.ej., los productos intermedios de la glicólisis y del ciclo TCA, aminoácidos y sus precursores biosintéticos, proteínas, bases de purina y de pirimidina, nucleósidos, nucleótidos, ácidos nucleicos, azúcares, polisacáridos, ácidos grasos, triacilgliceroles, etc. Muchos M.s. no tienen función biológica aparente; algunos, sin embargo, han sido explotados en el curso de la evolución (Tabla 2) e incluso se han hecho fundamentales para la vida de los organismos que los producen (p.ej., las hormonas animales y vegetales). Otros tienen importancia ecológica, actuando como atrayentes (perfumes, colores), y sustancias tóxicas contra los predadores, de defensa o ataque, como los alcaloides de salamandra, los glicósidos cardíacos de los venenos de sapo, y compuestos fisiológicamente activos producidos por los insectos, p.ej., HCN, ácido fórmico, p-cresol, p-benzoquinona. A pesar de su gran diversidad química, los M.s. se pueden agrupar con respecto a unos relativamente pocos precursores, p.ej., acetato, siquimato, pirofosfato de isopentenilo, etc. (Tabla 3), los cuales ocupan generalmente una posición clave en encrucijadas del metabolismo primario o general. Los M.s. de los animales no siempre son

Metabolitos secundarios

Tabla 1. Relación entre el metabolismo secundario y el metabolismo total. Material genético de la célula (reprimido) Expresión diferencial de los genes (Síntesis de proteínas) I Proteínas del metabolismo primario

Proteínas enzimáticas. (Síntesis y metabolismo de compuestos presentes típicamente en las células de todos o de grandes grupos de organismos, p.ej., sacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y sus componentes, ácidos del ciclo TCA

Proteínas especiales

Proteínas no enzimáticas. Proteínas enzimáticas (Proteínas estructurales del protoplasma, membranas, ribosomas; proteínas reguladoras, como las histonas y receptores proteicos)

Enzimas del metabolismo secundario. (Síntesis y metabolismo de sustancias que sólo se encuentran en ciertas células y organismos)

sintetizados de novo por ellos, sino que pueden proceder de la dieta. La planta Asclepias curassavica (algodoncillo) produce en sus tejidos varios glicósidos cardíacos (p.ej., c a l o t r o p i n a ) para d e f e n d e r s e de sus depredadores. Estas sustancias son amargas o tóxicas, pero ciertos insectos, especialmente la oruga de la mariposa monarca, se han adaptado a ello y se alimenta de dicha planta, de manera que los glicósidos se almacenan en la oruga y después pasan a los tejidos de la mariposa adulta. Si un pájaro (generalmente un arrendajo azul) se come la mariposa, los vómitos que le causan los amargos glicósidos cardíacos harán que evite comer de nuevo dicha mariposa, a la que reconocerá por el típico diseño de sus alas. No sólo los glicósidos cardíacos, también los pigmentos de las alas de las mariposas son M.s.; otras mariposas que no contienen glicósidos cardíacos se protegen del

Proteínas no enzimáticas (Anticuerpos, hemoglobina, proteínas receptoras de órganos diana, proteínas musculares, proteínas de la leche, ciertas hormonas peptídicas, p.ej., la insulina)

Enzimas que catalizan Enzimas con funciones rutas catabólicas espe- especiales. (Sistemas ciales (Metabolismo luciferasa, proteínas de de sustancias extrañas, transporte especial) p.ej., drogas, compuestos de la dieta. Exoenzimas, incluyendo venenos de serpiente y exotoxinas bacterianas)

Tabla 2. Funciones biológicas secundarios naturales

de

metabolitos

Efectores en las células sintetizadoras, p.ej., mensajeros intracelulares. Efectores de distintas células de un mismo organismo, p.ej., mensajeros intercelulares (hormonas vegetales o animales, transmisores neuroendocrinos). Efectores de otros organismos (pigmentos sanguíneos, aromas de las flores, feromonas, antibióticos, insecticidas, fitoalexinas, toxinas, agentes antidepredadores, atractivos sexuales). Factores para la explotación de nichos ecológicos específicos (agentes quelantes, p.ej., los siderocromos). Formas de almacenamiento de productos de desecho del metabolismo primario. 527

Metabolitos secundarios

ataque de los pájaros por los diseños y coloraciones de sus alas, similares a los de la mariposa monarca. De esta manera, los M.s. pueden estar íntimamente implicados en interacciones ecológicas complicadas. En los organismos pluricelulares, los M.s. se producen en órganos, tejidos o células específicos que contienen las enzimas adecuadas (véase, p.ej., alcaloides de Salamandra); generalmente, sólo se forman durante ciertos períodos del desarrollo o de la diferenciación del organismo o célula productora. En microorganismos, los M.s. (p.ej., antibióticos, compuestos derivados de acetato) se sintetizan generalmente al final de la fase de crecimiento exponencial (trofofase) o al principio de la fase estacionaria (idiofase) y, por lo general, su formación se reprime durante el crecimiento rápido. Esto es probablemente debido a la represión por catabolito que se ejerce en la síntesis enzimàtica durante el crecimiento rápido que se produce en cultivos con fuentes de carbono fácilmente asimilables. Así disminuye el riesgo de «suicidio metabòlico», ya que el crecimiento y la división celular se completan antes de que se produzcan los productos secundarios tóxicos (p.ej. antibióticos). La mayoría de los M.s. conocidos son sintetizados por las plantas. Se han identificado más de 5.000 alcaloides vegetales, comparados con los aproximadamente 50 alcaloides animales. Esta diferencia puede estar relacionada con el metabolismo excretor. Los animales pueden eliminar de sus cuerpos los productos finales e intermedios del metabolismo, mientras que las plantas emplean una «excreción metabòlica», es decir, acumulan los productos en vacuolas, en las paredes celulares o en células excretoras especiales (células de aceites volátiles, vasos de resina, etc.). Los lugares de síntesis y acumulación de M.s. son por tanto diferentes. En los animales, los M.s. se acumulan en órganos especiales (p.ej., los alcaloides de salamandra se almacenan en las glándulas de la piel). Pueden también estar presentes en los fluidos corporales (p.ej., la cantaridina de los insectos está presente en la linfa), o en el pelo o la piel (p.ej., las melaninas). La «excreción metabòlica» es sólo una de las diversas teorías enunciadas para explicar la síntesis de M.s., especialmente la de aquellos de función desconocida, como los alcaloides vegetales o los compuestos derivados de acetato (véase Policétidos) de los microorganismos. Cualquier 528

Tabla 3. Relaciones entre metabolitos primarios secundarios

y

Metabolitos primarios

Productos

secundarios

Azúcares

Azúcares inusuales (amino-, desoxi- y metil-azúcares, y azúcares de cadenas ramificadas). Productos de reducciones (alcoholes de azúcar, ciclitoles, ácidos dicarboxílicos de azúcar). Productos de oxidación (ácidos urónicos, ácidos aldónicos, ácidos azúcar dicarboxílicos).

Acetato/Malonato

Derivados de ácidos grasos (n-alcanos, derivados acetilénicos). Policétidos (derivados de antraceno, tetraciclinas, griseofulvina, ácidos fenolcarboxílicos de hongos y liqúenes, derivados de piridina).

Pirofosfato de isopentenilo

Hemiterpenos (isopreno). Monoterpenos (componentes iridoides de los aceites volátiles). Sesquiterpenos (principios amargos, componentes de aceites volátiles). Diterpenos (componentes de resinas, giberelinas, fitol). Triterpenos (escualeno, esteróles, etc.). Tetraterpenos (carotenoides, xantofilas). Politerpenos (caucho, gutapercha).

Propionato

Ácidos grasos mediados. Antibióticos macrólidos.

Ácidos del ciclo TCA y del glioxilato Ruta del siquimato de la síntesis aromática

Ácidos cítricos alquilados.

Aminoácidos

Aminas, aminoácidos metilados, betaínas, glucósidos cianogénicos, aceites de mostaza, alcaloides, conjugados de glicina, derivados de S-alquil-cisteína, glutamina y ornitina, dicetopiperazinas, péptidos (penicilinas), ácidos hidroxámicos.

Aminoácidos de fenilpropano

Ácido cinámico, cumarinas, lignina, lignanos, derivados de flavano, estilbenos,ácidos fenolcarboxílicos, fenoles, componentes de los aceites volátiles.

Porfirinas

Pigmentos biliares.

Purina

Purinas metiladas, antibióticos de purina, pteridinas, benzopteridinas, pirrolopirimidinas.

Naftoquinonas, antraquinonas, alcaloides de quinolina y quinazolina, fenacinas.

Metales pesados

explicación debe tener en cuenta el hecho de que se pueden aislar mutantes, denominados «degenerados», que no producen M.s. pero aun así crecen y se reproducen normalmente; se conocen variedades de plantas productoras de alcaloides que no los producen, (p.ej., plantas de tabaco sin nicotina) y la producción de pigmentos, antibióticos y policétidos por los microorganismos muestra una gran variación sin aparente efecto sobre la viabilidad. Explicaciones más recientes, especialmente en relación con microorganismos, ponen el énfasis en la producción de M.s. más que en los M.s. en sí, es decir, se piensa que la actividad del metabolismo secundario permite una tasa baja de metabolismo, en vez de pararse completamente cuando cesa el crecimiento. La hipótesis del crecimiento desequilibrado expuesta por Bu'lock (véase Woodruff, H.B. «The Physiology of Antibiotic Production: The Role of the Producing Organisms», in Biochemical Studies of Antimicrobial Drugs, 16th Symposium of the Society For General Microbiology, 1966, pp. 22-46. Cambridge University Press) sugiere que los mecanismos que controlan el metabolismo pri-

Tabla 1. Metales pesados en las

mario no son adecuados para evitar la superproducción de algunos compuestos cuando cesa el crecimiento equilibrado. Dado que estos compuestos pueden ser tóxicos para la célula, el metabolismo secundario desvía la síntesis hacia la formación de productos inocuos que se excretan. Según esta teoría, el metabolismo secundario aumentaría la viabilidad a largo plazo; existe cierta evidencia de que Pseudomonas aeruginosa pierde viabilidad cuando crece en condiciones que impiden el metabolismo secundario. Metahemoglobina (Methemoglobin): una hemoglobina en la que el átomo de hierro es trivalente (Fe III). Las M. no pueden transportar oxígeno. Metahemoglobinemia (Methemoglobinemia): véase Errores congénitos del metabolismo. Metales pesados (Heavy metals): reciben este nombre todos los metales con densidad superior a 5. En los seres vivos se presentan generalmente en forma de complejos orgánicos estables. En la Tabla 1 se muestran las funciones biológicas de estos metales, y en la Tabla 2 sus ligandos químicos. El Hierro (véase) está presente en muchísimas biomoléculas. El vanadio es esencial para

biomoléculas

Metal pesado

Tipo de biomolécula

Hierro

Hemoglobinas; citocromos Transporte de 0 2 ; transporte de electrones Enzimas de flavina (metaloflavo-enzimas), Oxidación, deshidrogenación, y/o reducción p.ej., xantina oxidasa Proteínas de hierro-azufre, p.ej., ferredoxina, Transferencia de electrones complejos de la cadena respiratoria Nitrogenasa Reducción del N2 a amoníaco Ferritina; conalbúmina, transferrina Depósito de hierro; transporte de hierro (siderofilina) Siderocromos, micobactina; enterobactina, etc. Transporte de hierro en microorganismos Vitamina B ]2 y sus formas de coenzima Reducción y transferencia de grupos metilo (síntesis de metionina); isomerización Oxidación Lacasa, citocromo oxidasa Cupreína, ceruloplasmina Depósito y transporte de cobre Arginasa Hidrólisis de arginina, ciclo de la urea Liberación de C0 2 , etc. Descarboxilasas y otras enzimas Nitrogenasa Unión y activación del nitrógeno molecular (la reducción subsiguiente también necesita hierro) Nitrato reductasa Reducción del nitrato Xantina oxidasa Oxidación de purinas, etc. Anhidrasa carbónica, peptidasas, fosfatasas, Funciones del Zn en la unión del sustrato (p.ej., para la transferencia de hidruros en los enzimas de nucleótidos de piridina y otras complejos ternarios con enzimas de nucleótidos proteínas de piridina), y en la estructura de las proteínas (p.ej., alcohol deshidrogenasa) Agregación del polipéptido Insulina

Cobalto Cobre Manganeso Molibdeno

Zinc

Función biológica

529

Metaloflavoproteínas Tabla 2. Ligandos de los metales pesados en las biomoléculas Metal pesado Hierro

Cobalto Cobre Manganeso Vanadio Zinc

Ligando

Mioglobina Ferredoxina Transferrina B | 2 y derivados Cupreína Enzimas de la glicólisis y la proteólisis Proteínas de vanadio de los tunicados Carboxipeptidasas Deshidrogenasas Anhidrasa carbónica

Porfirina, imidazol Azufre Fenolato Corrina, benzimidazol bases > N Carboxilato, fosfato, imidazol Aún no identificado Imidazol (His), grupos carboxilo (Glu) R-S" Imidazol (His)

los tunicados (grupo de animales cordados marinos que se alimentan por filtración) y para las plantas inferiores. Algunas especies de tunicados lo acumulan a partir del agua del mar, especialmente los Ascidiidae y Perophoridae (orden Phlebobranchia), y se encuentra sobre todo en las vacuolas de ciertos tipos de células sanguíneas, denominadas vanadocitos o células mórula. Los vanadocitos de Ascidia ceratodes contienen aproximadamente 1,2 M de V(III), lo que representa un factor de concentración con respecto al agua del mar superior a 107. Se desconoce el mecanismo de esta acumulación altamente selectiva. Otros metales pesados, p.ej., plomo, mercurio, cadmio, cobre, son tóxicos (véase Plomo). En general, se considera que la toxicidad se debe a su capacidad para reaccionar irreversiblemente con los grupos -SH libres de las proteínas. Metaloflavoproteínas (Metalloflavoproteins): véase enzimas de Flavina. Metaloproteínas (Metalloproteins): proteínas que forman complejos con metales. En las metaloenzimas, los metales son componentes funcionales. En las M. que transportan metales (p.ej., las proteínas sanguíneas transferrina y ceruloplasmina) y en las proteínas reservorio de metales (como la ferritina), el enlace metálico es reversible y el metal es un componente temporal. Importantes M. que contienen hierro son los citocromos, los pigmentos respiratorios, (p.ej., hemoglobina), y enzimas como la catalasa. Contienen zinc la insulina y la anhidrasa carbónica. Algunas enzimas glicolíticas y proteasas contienen Manganeso (véase) y algunas oxidorreductasas Cu (véase Cuproproteínas). Las M. catalíticas también incluyen enzimas que requieren cationes 530

Ejemplo

específicos para su actividad, p.ej., las ATPasas de membrana sodio-dependientes. Véase también Molibdoenzimas. Metalotioneínas (Metallothioneins): metaloproteínas citoplásmicas ricas en grupos sulfhidrilo, altamente conservadas, presentes en todos los vertebrados, invertebrados y hongos. Las células de los mamíferos sintetizan dos isoformas, M.I y M.II, cada una de las cuales consta de 61 residuos de aminoácidos, de los cuales 20 son Cys, y carecen de puentes disulfuro. La acumulación de M. está inducida por Zn, Cu, Hg y especialmente Cd, así como por otros metales de transición. Esta inducción se debe a que la transcripción de los genes de M. está regulada por metales, glucocorticoides e interferones. Las M. ligan y detoxifican diversos metales, y están implicadas en la resistencia de las células de los mamíferos al Zn y al Cd. Los compuestos de oro (p.ej., véase Auranofina), que se usan en el tratamiento de la artritis reumática, son potentes activadores de los genes de M. de las células oválicas de hámsteres chinos. [B.P. Monia et al., J. Biol. Chem. 261 (1986) 10957-10959]. y-N-Metilasparagina (y-N-Methylasparagine): residuo aminoacídico de la subunidad P de la aloficocianina de Anabena variabilis, formada por modificación post-traduccional de un asparaginic [A.V. Klotz et al., J. Biol. Chem. 261 (1986) 15891-15894], 0 II C-NH-CHj 1 CH 2

H¡N-CH-C00"

y-N-M

etilasparagina

L-Metionina

O-Metilbufotenina (0-Methylbufotenin): toxina del sapo Bufo alvarius (véase Venenos de sapo) que también se ha encontrado en plantas. Además de sus propiedades generales como veneno de sapo, tiene también efectos psicotrópicos. La dosis letal mínima para los ratones es 75 mg por kg. Metilcrotonilglicinuria (Methylcrotonylg l y c i n u r i a ) : véase Errores c o n g é n i t o s del metabolismo. a-Metildesoxibenzoínas (a-Methyldeoxybenzoins): sólo se conocen dos representantes naturales: la angolensina (Fig.) del duramen de Pterocarpus sp. y la madera de Pericopsis sp. (Teca), y la 2-O-metilangolensina (madera de Pericopsis); en esta e s p e c i e las M. están acompañadas por las isoflavonas afrormosina y biocanina A. Se cree que las M. tienen también origen isoflavonoide. [W.D. Ollis et al. (1965) Aust. J. Chem. 18 1787-1790. M.A. Fitzgerald et al. (1976) J. Chem. Soc. Perkin I. 186-191],

( -)-Angolensina Metilglioxal (Methylglyoxal): intermediario en la degradación de glícidos en ciertos organismos. En algunas bacterias (Pseudomonas sp.) el 3fosfato de gliceraldehído no entra en la ruta glicolítica normal sino que se desfosforila a gliceraldehído, seguido por deshidratación a

metilglioxal, que se convierte en lactato (precursor del piruvato) mediante un ciclo catalítico en el que interviene el glutatión (Fig.). N 6 -cis-y-Metil-y-hidroximetilaliladenosina (N'-cis-y-Methyl-y-hydroxymethylallyladenosine): 6-(4-hidroxi-3-metil-but-ci's-2-enil)aminopurina, derivado de la adenina y uno de los componentes raros de los ácidos nucleicos de ciertos tRNA. Su biosíntesis se produce por modificación de un residuo de adenosina en el ácido nucleico. Es el isómero cis de la Zeatina (véase) y, como ella, el componente libre tiene actividad de citocinina. Metilnisolina (Methylnissolin): 3-hidroxi9,10-dimetoxipterocarpano, véase Pterocarpanos. Metilotrofia (Methylotrophy): empleo de compuestos de 1C más reducidos que el C 0 2 como única fuente de carbono y energía. [C. Anthony, The biochemistry of Methylotrophus Academic Press, London, 1982], Metiltestosterona (Methyltestosterone): 17ametiltestosterona, 17a-metil-17(i-hidroxiandrost4-eno-3-ona, andrógeno sintético, con actividad biológica elevada cuando se administra oralmente, que se usa especialmente en la terapia del hipogenitalismo, impotencia hormonal y problemas circulatorios periféricos. Es el H a derivado de la Testosterona (véase). L-Metionina (L-Methionine), Met: ácido a amino-y-metilmercaptobutírico, un aminoácido proteogénico esencial que contiene azufre. Ai 149,2, p.f. 281°C (d.), [a]*5 + 23,2° (c = 0,5-2,0,' HC1 5M), o -10,0°C (c = 0,5-2,0, agua). El valor nutricional de muchas proteínas vegetales está limitado por su bajo contenido en Met. En la primera etapa de la b i o s í n t e s i s de M e t en Escherichia coli, la cisteína y la homoserina se

3-fosfato de gliceraldehído fosfatasa Glucosa -

Gliceraldehído

3-Fosfato de gliceraldehído

Piruvato I Lactato deshidrogenasa (EC 1.1.1.27) Lactato

Gliceraldehído deshidrasa ' Glutatión

h2O

CHj—CO—CHO Metilglioxal

- S-Lactilglutatión

Hidroxiacilglutatión hidrolasa (Glioxilasa II) (EC 3.1.2.6)

^

H20

J

Lactilo-glutatión liasa (Glioxilasa I) ) (EC 4.4.1.5)

Metabolismo del 3-fosfato de gliceraldehído en Pseudomonas. Síntesis y metabolismo de metilglioxal. 531

Metionina activa

condensan para formar cistationina. Esta se escinde dando homocisteína, que se metila a Met por transferencia de un grupo metilo del ácido N5metil-tetrahidrofólico (Fig.), en la que la vitamina B |2 actúa como coenzima. La forma activa de Met, la S-Adenosil-L-metionina (véase) es el donante del grupo metilo en la Transmetilación (véase). La degradación de Met procede vía L-Cisteína (véase). La DL-Met se prepara a escala industrial (unas 100.000 Tm en 1977) por síntesis de Strecker, usando (3-metil-mercapto-propionaldehído preparado a partir de acroleína y metilmercaptano; se utiliza para suplementar la dieta de los pollos. Tanto la forma D como la L son efectivas, por lo que no es necesaria la separación previa de los enantiómeros. CH,0H CH, I HCNH, I COOH

+

Homoserina

CH, I HCNH, I COOH Cistelna

CH, I CH, I HCNH,

S

CH, I HCNH, I COOH

»

COOH Cistationina

CH,SH »-CH;

I

+

CH3COCOOH +NH,

HCNH, COOH Homocisteína (+Vitamina U Ácido W-metiltetrahidrofólico CH, - S - C H 3 CH, I HCNH,

+

Ácido tetrahidrofólico

I

COOH Metionina

Biosíntesis de metionina en Escherichia cotí. Metionina activa (Active methionine): véase S-Adenosil-L-metionina. Métodos bioquímicos (Methods of biochemistry): en general, métodos para el estudio de procesos metabólicos, pero que, en sentido más amplio, incluyen el aislamiento, identificación y caracterización de sustancias naturales. Los métodos para el estudio del metabolismo se clasifican en tres tipos: 1. En los métodos in vivo se emplean organismos enteros, órganos, células o poblaciones de células 532

de microorganismos. En estudios de balances, se administran las sustancias al organismo, y el proceso de su conversión en diversos productos se determina mediante el análisis de los materiales corporales o productos excretados (heces, orina, gases expirados) (véase, p.ej., balance del Nitrógeno). Los balances también se llevan a cabo en órganos aislados, p.ej. hígado perfundido. El test de carga es también una forma de estudio de balance, en el que se administra a un organismo una sustancia en exceso para evaluar la capacidad de reacción de un órgano o un sistema orgánico frente a la sustancia en cuestión. Tales ensayos se utilizan clínicamente para investigar la función de los órganos, p.ej., la función del riftón midiendo la velocidad de excreción urinaria del rojo fenol inyectado. Los métodos in vivo más importantes son los métodos con trazadores. Entre ellos, es clásico el de Dakin y Knoop que, mediante el empleo de residuos aromáticos «incombustibles» de ácidos grasos, condujo al descubrimiento de la (3-oxidación de los ácidos grasos (véase degradación de los ácidos Grasos). Este y otros métodos similares de mareaje químico tienen la desventaja de que el material administrado es distinto del material natural a investigar. En la actualidad esta dificultad se han superado con el empleo de isótopos; un compuesto en el que uno o más de sus átomos constituyentes está en forma de isótopo radiactivo o estable es química y bioquímicamente idéntico al compuesto no marcado (véase Técnica isotópica). Así, se administran metabolitos naturales marcados isotópicamente a un organismo y se puede seguir su destino natural mediante trazado isotópico. Otro método in vivo importante es la técnica de Mutantes (véase). La combinación de las técnicas de isótopos y mutantes ha contribuido considerablemente al crecimiento exponencial del conocimiento bioquímico. 2. Los métodos in vitro se llevan a cabo fuera del organismo. Son esencialmente métodos de «tubo de ensayo» en los que se emplean homogenizados de células, las fracciones subcelulares resultantes o enzimas purificadas. Para los métodos de disrupción celular, fraccionamiento subcelular y purificación enzimàtica, véase Proteínas y Centrifugación en gradiente de densidad. Las técnicas histoquímicas y citoquímicas son también métodos in vitro: las enzimas, metabolitos o reacciones metabólicas se localizan en órganos, cortes de tejidos o en células, mediante reacciones

Michaelis-Menten, cinética de

químicas características, p.ej., reacciones de color específicas. Una gran proporción de estudios in vitro está relacionada con la actividad y el comportamiento de enzimas, coenzimas y sustratos, los cuales requieren enzimas purificadas o enriquecidas. El grado de pureza necesario para la determinación fiable de parámetros cinéticos varía en función de la naturaleza de la enzima y de las posibles impurezas, pero generalmente tales investigaciones se realizan con proteínas enzimáticas homogéneas. Para la investigación posterior de propiedades físicas y químicas como medidas fotométricas y determinación de la composición de aminoácidos, se necesitan enzimas completamente puras. Finalmente, se necesita la enzima en forma cristalina para el estudio detallado del mecanismo de la catálisis enzimàtica y para la determinación de la estructura tridimensional de la enzima y de los complejos enzima-sustrato. 3. Los métodos sintéticos incluyen la construcción y reconstrucción de, p.ej., complejos multienzimáticos y sistemas bioquímicos; y modelaje y simulación, p.ej., Sinzimas (véase) y simulación computadorizada de la glicólisis. Métodos indicadores (Indicator methods): véase Métodos bioquímicos. Métodos in vitro (In vitro methods): véase Métodos bioquímicos. Métodos in vivo (In vivo methods): véase Métodos bioquímicos. Metotrexato (Methotrexate): véase Aminopterina. Metoximeleína (Methoxymellein): véase Fitoalexinas. Meváldico, ácido (Mevaldic acid): intermedio en la biosíntesis de Terpenos (véase). Mevalónico, ácido (Mevalonic acid): intermedio en la biosíntesis de Terpenos (véase). Mevinolina (Mevinolin): 8-lactona del ácido 1,2,6,7,8,8a-hexahidro-|J,8-dihidroxi-2,6- dimetil8-(2-metil-1 -oxobutoxil)-1 -naftaleno-heptanoico (Fig.), metabolito fúngico obtenido del medio de cultivo de Aspergillus terreus. El hidroxiácido precursor (ácido mevolínico) es un potente inhibidor competitivo (K. 0,6 nM) de la 3-hidroxi3-metilglutaril-CoA redúctasa (EC 1.1.1.34). La administración oral de M. produce una disminución del 30% del colesterol LDL del plasma y un moderado incremento del número de receptores de LDL en los heretocigotos humanos

para la hipercolesterolemia familiar (véase Lipoproteínas). Cuando se administra M. junto con Colestiramina (véase), el colesterol LDL del plasma disminuye un 50-60% y el incremento de los receptores de LDL es incluso mayor. Véase Compactina. [A.W. Albertseía/., Proc. Nat. Acad. Sci. 77 (1980) 3957-39611.

R = H, Compactina (véase) R = CH r Mevinolina

Acido mevinolínico

Meyerhof, cociente de (Meyerhof quotient): véase Efecto Pasteur. MF: abrev. del factor del maíz (véase Zeatina). MH: abrev. de hidrazida maleica. Michaelis, constante de (Michaelis constant): véase cinética de Michaelis-Menten. Michaelis-Menten, cinética de (MichaelisMenten kinetics): 1. El modelo estequiométrico de Michaelis-Menten muestra la relación existente entre la enzima libre (E), el sustrato (S), el complejo enzima-sustrato (complejo Michaelis, ES) y el producto (P): K k E + S — ES E+P ¿t-, ^ donde ki y k2 son las constantes de velocidad (k2 se denomina también constante catalítica o kcar,). + k2)/k¡ es una constante cinética, conocida como constante de Michaelis, y se representa por K m . Cuando L2 k -1* ,, entonces K m = K s = k -1Jk,I (condición de Michaelis), y la constante de e q u i l i b r i o s e conoce como constante de sustrato. Cuando k_t L-treonina i I L-metionina L-isoleucina Un ejemplo del segundo tipo (b) es la mutación que produce la pérdida de la cetol-ácido reductoisomerasa (EC 1.1.1.86) en la ruta paralela que conduce a valina e isoleucina. Esta enzima cataliza una isomerización acoplada a una reducción, produciendo ácido 2,3-dihidroxi-3isovalérico en la ruta de la valina, o ácido 2,3dihidroxi-3-metilvalérico en la ruta de isoleucina. Una única mutación en el gen de esta enzima produce organismos doblemente auxotróficos val7ile~. 550

(1) (2) (2) (3) Piruvato - » I. - » I, 1

2

(4) I, 3

I,

L-valina

4

I I Reductoisomerasa I I Cetobu—> I. —» Ib —» I.—» I —» L-isoleucina tirato (1) J (2) (2) (3) (4) Aquí (2) es la reductoisomerasa, I3 es el ácido 2,3-dihidroxi-3-isovalérico e I c el ácido 2,3-dihi' * droxi-3-metilvalérico. Los requerimientos nutricionales poliauxotróficos no se pueden inducir por la mutación de un único gen y pérdida de una única proteína si la etapa metabòlica en cuestión está catalizada por isoenzimas codificadas por diferentes genes. Mutantes ocre (Ochre mutants): mutantes bacterianos que, como resultado de una mutación puntual, presentan el codón UAA en su mRNA (véase Codón ocre). Hay Supresores específicos (véase) de las mutaciones ocre. Mutantes petite (Petite mutants): mutantes espontáneos, principalmente de levaduras, con d e f e c t o s q u í m i c o s y f í s i c o s en la c a d e n a respiratoria. Crecen muy lentamente y forman colonias pequeñas (petite) sobre el agar nutritivo. Se puede producir el mismo fenotipo por una mutación cromosómica (petite segregacional) o por una mutación en el DNA mitocondrial (petite vegetativo o neutro). En este caso, la estructura mitocondrial está considerablemente alterada, debido principalmente a cambios en la composición de aminoácidos de las proteínas estructurales de la membrana mitocondrial interna. Dado que estas proteínas estructurales son importantes para la ordenación y la conformación correcta de las enzimas de la cadena respiratoria, el efecto de la M.p. sobre la cadena respiratoria es probablemente secundario. Mutantes, técnica de (Mutant technique): importante área de la metodología bioquímica, que emplea Mutantes (véase), en particular Mutantes auxotróficos (véase) de microorganismos. Un mutante a u x o t r ó f i c o presenta un bloqueo metabòlico en un determinado punto de la ruta biosintética de un producto esencial (p.ej., un aminoácido o una coenzima). Dicho bloqueo se debe a la Mutación (véase) de un gen que, mediante transcripción y traducción, es responsable de la producción de una enzima: En ausencia de la enzima 2, el compuesto intermedio A no se puede convertir en B, y la

Mutantes, técnica de

síntesis del producto final esencial queda bloqueada. El compuesto A se acumula y se excreta, o su mayor concentración puede dar lugar a su conversión en otros productos por reacciones que normalmente son insignificantes en el organismo no mutante; p.ej., los intermedios fosforilados de la síntesis de histidina son excretados por mutantes apropiados en forma desfosforilada. Para crecer, el mutante auxótrofo debe ser abastecido con una fuente externa del producto esencial, o con cualquier intermediario biosintético entre (e incluido) B y el producto. Bajo este punto de vista son posibles dos tipos de análisis: análisis de acumulación, en el que se aisla e identifica el componente A o su(s) producto(s) metabólico(s); y análisis de suplementación, en el que se identifican los intermediarios biosintéticos presentes después del bloqueo metabòlico por su capacidad para permitir el crecimiento (es decir, de ser convertidos en producto final) cuando se añade al medio de cultivo del mutante auxotrófico. El crecimiento se mide determinando el peso seco (p.ej., crecimiento de micelios fúngicos), la turbidez (p.ej., cultivos de bacterias o levaduras en suspensión) o las proteínas totales. Bloqueo

(1) —

T

1

•

(2)

—

'

sólido (con Agar-agar) que contiene una concentración de L-metionina muy baja, para permitir un crecimiento subóptimo. Después de 24 horas a 30°C, la cistationina se difunde del mutante 1 al 2, que entonces comienza a crecer mucho. Este fenómeno es conocido como alimentación cruzada o sintrofismo. Con esta técnica se pueden analizar un gran número de mutantes auxotróficos para el mismo producto final, y ordenarlos según el bloqueo metabòlico que tienen; p.ej., si el mutante 3 alimenta al mutante 2 y éste al mutante 1 (el mutante 3 también puede alimentar al mutante 1), es que la ruta se bloquea más tarde en el mutante 3 que en el mutante 2, y en éste después que en el mutante 1. Este análisis puede llevarse a cabo sin necesidad de conocer la naturaleza de los intermediarios implicados. En los organismos salvajes, los intermediarios biosintéticos se encuentran con frecuencia a concentraciones tan bajas que su análisis es muy difícil, sin embargo, los mutantes auxotróficos los pueden producir en cantidades excepcionalmente grandes. Esto se debe probablemente a la ausencia (o la muy baja concentración) del producto final, que en el organsimo salvaje es responsable del control por retroalimentación de la ruta biosintética. En ausencia de producto final, la ruta se realiza sin (n>

D . Producto (esencial para el crecimiento)

Acumulación

Ejemplo de análisis de acumulación. Se aislaron dos cepas de Escherichia coli que requerían L-metionina (met). Ambas se podían suplementar con L-homocisteína, pero sólo una podía usar L-cisteína en lugar de L-metionina para su crecimiento. Un mutante acumulaba un compuesto, que satisfacía las necesidades para el crecimiento del otro. Este compuesto fue identificado como L-cistationina. Esta prueba se realiza sembrando los mutantes uno al lado del otro en la superficie de un medio

control, al menos hasta el punto del bloqueo metabòlico, y procesa una cantidad inusualmente grande de material. Ejemplo de análisis de suplementación. La biosíntesis de L-arginina fue elucidada con ayuda de mutantes de Neurospora crassa que requerían arginina. A partir de estudios con hígado perfundido y cortes de tejidos, ya se había propuesto la siguiente ruta: Precursores —» L-ornitina —» L-citrulina —» Larginina. Se aislaron mutantes auxotróficos de

Bloqueo en el mutante 1 L-Cistelna 1 *• L-Cistationina (acumulada por el mutante 2; + permite el crecimiento del mutante 1) L-Homoserina Bloqueo en el mutante 2 L-Metionina

L-Homocistelna

551

Mutarrotación

arginina (arg - ) en un medio mínimo de agar suplementado con ornitina, citrulina y arginina. El ensayo de suplementación demostró la existencia de tres grupos:

Grupo mulante I II III

Crecimiento con Orni- Citru- Argitina lina nina

+

+ +

+ + +

Lugar del bloqueo Cit —» Arg Orn -> Cit Precursores -> Orn.

La secuencia completa y detallada de las reacciones se elucidó finalmente utilizando otros mutantes (bloqueados en diversas etapas entre el glutamato y la ornitina), utilizando además métodos isotópicos, y caracterizando las enzimas individuales. El centro de bloqueo metabòlico se puede verificar después midiendo la actividad de la enzima apropiada, que puede faltar o estar en cantidad mucho menor que en el organismo salvaje. A veces se produce una proteína serológicamente similar, pero inactiva enzimàticamente, es decir, la mutación no impide la transcripción y la traducción de una proteína, pero se han producido pequeños cambios (a veces la sustitución de un solo aminoácido) que destruyen su actividad catalítica. Tales proteínas se denominan proteínas CRiM (Cross Reacting Material; la i se añade por motivos de pronunciación). El empleo de mutantes de (Escherichia coli) y (Aerobacter aerogenes) fue una gran ayuda para elucidar la ruta biosintética de los aminoácidos aromáticos (véase Biosíntesis aromática). Se conocían muchos mutantes bacterianos con requerimientos simultáneos de fenilalanina, tirosina, triptófano, y ácido p-aminobenzoico e hidroxibenzoico, indicando una ruta biosintética común para todos ellos. Este múltiple requerimiento se puede satisfacer con un solo compuesto, el ácido siquímico, que se aisla en las hojas de diversas plantas (Gymnospermas, llliaceae, etc.); después se descubrió que ciertos auxótrofos que requieren para su crecimiento múltiples sustancias aromáticas lo excretan al medio. Más tarde se aislaron mutantes auxotróficos para cada etapa de la biosíntesis aromática, se identificó el material acumulado, se comprobó que permitía el crecimiento de mutantes con 552

bloqueos más tempranos y se aislaron y estudiaron las enzimas apropiadas. El compuesto del punto de ramificación, el ácido corísmico, se identificó por medio de un mutante triple, con bloqueo metabòlico en la conversión de ácido corísmico en ácido prefénico, de ácido prefénico en ácidophidroxifenil-pirúvico y de ácido antranílico en fosfato de indol-3-glicerol. En presencia de Ltriptófano (para impedir la formación de las enzimas que convierten el ácido corísmico en ácido antranílico), suspensiones lavadas de este mutante (A. aerogenes 62-1) excretaban ácido corísmico. El empleo de mutantes, y en particular las pruebas de suplementación, es difícil cuando una sola mutación en una reacción metabòlica fundamental origina múltiples requerimientos de crecimiento, es decir, poliauxotrofia. Esta se debe distinguir claramente de la poliauxotrofia resultante de mutaciones poligenéticas, es decir, mutaciones simples en varias rutas distintas. La T.m. se ha aplicado también a mutaciones naturales de animales, p.ej., en el estudio de la degradación de la fenilalanina y la tirosina (véase Fenilalanina). Mutarrotación (Mutarotation): cambio en la rotación óptica de un isómero óptico, generalmente un glícido, en solución acuosa. La molécula de glícido puede existir en distintas formas anoméricas, designadas como a y p. Estos dos diasteroisómeros difieren en su comportamiento químico y físico, como punto de fusión, solubilidad, y, especialmente, en la actividad óptica. En solución acuosa, se establece gradualmente un equilibrio entre las dos formas diasteroisoméricas hemiacetal y la forma de cadena abierta, con el consiguiente cambio en la rotación óptica. La interconversión de los dos diasteroisómeros se produce mediante un compuesto intermedio cíclico hemiacetal. La obtención del equilibrio se acelera por ácidos o bases. El valor inicial de [a]*' de la a-D-glucosa en agua es +113°, y el de la P-D-glucosa +19,7°. Después de unas pocas horas, cuando se establece el equilibrio entre las formas a y p, el valor de [a]™ es + 52,3°, lo que representa una mezcla de 37% de la forma a y 63% de la forma p. Los monosacáridos que presentan M. se suelen caracterizar midiendo los valores iniciales y finales de la rotación, p.ej., [a] D + 1 1 3 ° 5 2 ° . MWC, modelo (MWC model): véase modelo de Cooperatividad.

N NAD: abrev. de dinucleótido de Nicotinamida y adenina (véase). NAD+ representa la forma oxidada, y NADH la forma reducida. NADP: abrev. de fosfato de dinucleótido de Nicotinamida y adenina (véase). N A D P representa la forma oxidada, y NADPH la forma reducida. Naftoquinonas (Naphtoquinones): derivados naturales de la 1,4-naftoquinona, ampliamente distribuidos. Se han encontrado más de 120 N. en plantas superiores, bacterias y hongos. Ejemplos de N. vegetales son alcanina, eleuterina, juglona, lapacol, lawsona, lomatiol, plumbagina y siconina; en el reino animal, se han encontrado en equinodermos, especialmente en el erizo de mar (véase Espinocromos). Otras N. importantes son las vitaminas K. En general, las N. fúngicas se sintetizan a partir de acetato y malonato en la ruta del poliacetato, mientras que en plantas superiores y en bacterias derivan del ácido siquímico y un compuesto de C3. Na+K+-ATPasa (Na+K*-ATPase): véase Transporte.

1,4-Naftoquinona

CH,0

OH

O

Plumbagina

Eleuterina

Nalidíxico, ácido (Nalidixic acid): antibiótico de uso terapéutico contra bacterias Gram-negativas. Inhibe la replicación del DNA en las bacterias en crecimiento. Deriva de la naftiridina, M 220.

Naftoquinonas vegetales Nombre

P-f.(°C)

Color

Distribución

Alcanina*

147-149

marrón-rojo

(9R, 11 S)-Eleuterina Juglona (5-Hidroxi-l,4-N)

175 165

Lapacol (2-Hidroxi-l,4-N, con una cadena lateral de isopreno C5 Lawsona (2-Hidroxi-l,4-N)

142

amarillo amarillo a marrón-rojo amarillo

Lomatiol

128

amarillo

Raíces de las Boraginaceae, p.ej., Alkanna tinctora. Eleutherina bulbosa. Cáscaras de avellanas sin madurar. Hojas y raíces del avellano. Especies de Bignonaceae, p.ej., Tecoma aralia ceaea. Hojas de Henna (Lawsonia inermis). La planta australiana Lomatia ilicifolia. Raíces de especies de Plumbago.

marrón-rojo

Especies de Lithospermum.

195

Plumbagina 78 (5-Hidroxi-2-metil-1,4-N) Siconina (enantiómero de la alcanina) 149

amarillo a naranja amarillo

N = Naftoquinona. * La alcanina es el único de estos pigmentos que se usa todavía como tinte y como indicador. 553

Nanómetro

I

c2h5

Ácido nalidíxico Nanómetro (Nanometer), nm: unidad de longitud usada normalmente para la longitud de onda de la luz. Es igual a 10-9 m, o 10-7 cm. Narcóticos (Narcotics), drogas narcóticas: sustancias que actúan predominantemente sobre el sistema nervioso central. Dependiendo de la dosis, muestran diferentes clases de actividad: dosis pequeñas tienen acción sedante, algo más altas son estimulantes, mientras que las dosis más altas causan pérdida de conciencia (narcosis). Según la clasificación de la OMS de 1964, hay 7 grupos: 1. alcaloides (LSD, mescalina, opio, etc.), 2. barbituratos y otras drogas somníferas, 3. alcohol, 4. cocaína, 5. hachís y marihuana, 6. alucinógenos, 7. estimulantes o antidepresivos (p.ej., anfetaminas). Se usan N. en psiquiatría y psicoterapia, pero su mal uso puede producir deterioro físico y mental, agudo y crónico, y adicción. El uso habitual de N. produce tolerancia, es decir, aumento de su tasa de destrucción en el organismo, de manera que puede llegar a necesitarse una dosis 10-20 veces superior a la normal para conseguir el efecto deseado. Naringenina (Naringenin): 5,7,4'-trihidroxiflavanona, véase Flavonoides (Fig.); Flavanona. Naringina (Naringin): naringenina 7-neohesperidósido, véase Flavanona. Nebularina (Nebularine): 9-P-D-ribofuranosilpurina, un antibiótico de purina (véase Antibióticos nucleosídicos) sintetizado por el hongo Agaricus (Clitocybe) nebularis y por Streptomyces sp. M¡ 252,23, p.f. 181-182°C, [«]£ -48,6° (c = 1, agua), activo selectivamente contra micobacterias. Tiene propiedades citostáticas acusa-

w

f ^ N

das, y es uno de los derivados de purina más venenosos para los animales. Necinas (Necines): véase Alcaloides pirrolizidínicos. Necínico, ácido (Necinic acid): véase Alcaloides pirrolizidínicos. Neoestigmina (Neostigmine): véase Acetilcolina. Neoflavonas (Neoflavones): véase Isoflavonas. Neoflavonoides (Neoflavonoids): Flavonoides (véase) con un esqueleto de 4-fenilcromano (neoflavano), o una estructura equivalente en la que la cadena C3 (C-2, C-3, C-4) no está cerrada en anillo con el oxígeno.

4' Sistema anular del neoflavano Incluyen: 4-arilcumarinas, p.ej., el calofilólido de Calophyllum inophyllum (frutos),

Calofilólido 4-arilcromanos, p.ej., la hematoxilina de Haematoxylon campechianum (madera), OH

N

H0CH2 0 OH

Nebularina 554

Hematoxilina

Neolignanos

neoflavenos, p.ej., el 6-hidroxi-7-metoxi-3,4deshidroneoflavano de Dalbergia sissoo y D. latifolia (corteza),

6-Hidroxi-7-metoxi-3,4-deshidroneojlavano dalbergiquinoles (3,3-diarilpropenos), p.ej., la latifolina de Dalbergia latifolia (corteza, madera),

Biosíntesis. Los brotes jóvenes de Calophyllum inophyllum incorporan la radioactividad de la [3-' 4 C]fenilalanina principalmente en el C-4 del calofilólido, lo que indica que no están implicadas sustituciones de arilo, y que los C-2, C-3 y C-4 de los N. derivan de los C - l , C-2 y C-3, respectivamente, de la fenilalanina. Otros aspectos de la biosíntesis son inciertos y se discuten en The Flavonoids (ed. J.B. Harborne, T.J. Mabry & H. Mabry) (Chapman and Hall, 1975). Neolignanos (Neolignans): bis-arilpropanoides en los que el enlace entre los grupos arilo es distinto del C-8, C-8" propio de los Lignanos (véase). Son menos numerosos que los lignanos y tienen una distribución filogénica más restringida. En la Fig. se muestran algunos ejemplos. Para los mecanismos propuestos de biosíntesis de N. véase O.R. Gottlieb Phytochemistry 11 (1972) 15441570. Para una revisión extensa véase O.R. Gottlieb, Prog. Chem. Org. Natural Products 35 (1978) 2-72.

Latifolina dalbergionas, p.ej., la 4-metoxidalbergiona de Dalbergia sp. (corteza, madera) (en la naturaleza se encuentran las dos configuraciones),

Cachiraquirol-B lace 8-5')-

(Magnolia kachirachirai)

(en-

Un neolignano de especies de Myristicaceae lace 8-0-4').

(en-

4-Metoxidalbergiona ácidos cumarínicos, p.ej., el ácido calofílico de Caesalpitiia inophyllum (frutos). Me

OH

Ácido calofílico 555

Neomicina

CH2OH

Randainol (Sassafras randaiense) (enlace 3-3') [F.S. El-Feraly Phytochemistry 23 (1984) 23292331]. Ejemplos de neolignanos

Neomicina (Neomycin): antibiótico aminoglucosídico (véase Estreptomicina). Neoplasma (Neoplasm): véase investigación del Cáncer. Neorauflaveno (Neorauflavene): véase Isoflav-3-eno. Neorretinal b: véase Vitaminas (Vitamina A). Neoxantina (Neoxanthin): xantofila que contiene un grupo aleño, dos grupos hidroxilo secundarios y uno terciario. Sus centros quirales son 3S, 5R, 6R, 3'S, 5'S y 6'S. Se encuentra en las partes verdes de todas las plantas superiores. Junto con la luteína y la violaxantina, es uno de los carotenoides más comunes. Neral: el isómero cis del Citral (véase). Nerilo, pirofosfato de (Neryl pyrophosphate): véase Nerol. Nerol: alcohol de monoterpeno acíclico, doblemente insaturado, un aceite con olor a rosas. M 154,25, p.f. 225-226°C, p15 0,8813. Es isómero estructural del linalool e isómero cis-trans del Geraniol (véase), y el alcohol de monoterpeno acíclico usado en perfumería más valioso. El éster pirofosfato de N., el pirofosfato de nerilo, es un intermediario en la biosíntesis de Monoterpenos (véase). Nervona (Nervone): véase Glicolípidos.

Neoxantina 556

Nervónico, ácido (Nervonic acid): ácido A'5tetracosenoico, CH 3 -(CH 2 ) 7 -CH = CH-(CH 2 ) 13 -COOH, un ácido graso, Mr 336,6, p.f. 42°C. Es un componente acídico de los cerebrósidos (véase Glicolípidos). Neuberg, éster de (Neuberg ester): nombre antiguo del 6-fosfato de fructosa. Neuberg, fermentación de (Neuberg fermentation): la primera forma de fermentación de Neuberg es la fermentación normal de las levaduras, es decir, el conjunto de todas las reacciones principales y secundarias de la degradación anaerobia de los glícidos con producción de alcohol etílico (véase fermentación Alcohólica). La segunda forma de fermentación de Neuberg (o fermentación del sulfito) se produce en levaduras en presencia de hidrógeno sulfito sódico. El acetaldehído, que actuaría normalmente como aceptor de hidrógeno, se convierte en su compuesto de adición de bisulfito. El NADH resultante en exceso reduce el fosfato de dihidroxiacetona a 1fosfato (o 3-fosfato) de glicerol, reacción catalizada por la 1-fosfato (o 3-fosfato) deshidrogenasa (enzima de Baranowski) (EC 1.1.1.8). Así se puede mantener el ciclo de óxido-reducción (es decir, reducción del NAD y su regeneración a partir del NADH). El 1-fosfato de glicerol se desfosforila por una fosfatasa (EC 3.1.3.21) y se produce glicerol libre. Por ello, el proceso se conoce también como fermentación de glicerol. En el hígado, el glicerol libre se deshidrogena a gliceraldehído con formación de NADH. Las reacciones de la segunda forma de fermentación de Neuberg son también importantes en los músculos del vuelo de los insectos, donde sólo hay actividad baja de lactato hidrogenasa, y el fosfato de dihidroxiacetona sirve como aceptor normal de hidrógeno. En el hígado, el 1-fosfato de glicerol es un precursor de fosfolípidos, e importante en el transporte del poder reductor desde el citoplasma a la mitocondria (véase metabolismo del Hidrógeno). El 1-fosfato de glicerol también se puede producir a partir de glicerol y ATP por acción de una glicerol quinasa.

Neurotensina

La tercera forma de fermentación de Neuberg se realiza en condiciones alcalinas. Dos moléculas de glucosa se convierten en dos moléculas de gliceraldehído y dos moléculas de acetaldehído (vía piruvato, por descarboxilación). El gliceraldehído se reduce a glicerol y el aldehido sufre una dismutación produciendo cantidades equivalentes de etanol y acetato. 6-Fosfato de glucosa Glicólisis

* H ®OCH¡—C-CHO OH

HOCHj-CO — C H 2 ®

Fosfato de dihidroxiacetona

3-Fosfato de gliceraldehído

I

NADH+H+-

I

H HOCH2- - C CHjO® OH

3-Fosfato de glicerol

C H j — C O — COO"

Piruvato CHjCHO

Glicerol quinasa (EC 2.7.1.30)

Gllcerol-1fosfatasa (EC 3.1.3.21)

Acetaldehído r Hidrógeno sulfito sódico CHjCHOHSOjNo

3-Fosfato de glicerol deshidrogenasa , (EC 1.1.1.8)

NAD" 1 "-*-

>. Citocromo b —> Complejo de quinona —> Citocromo b¡S6 —> Fe/S —¥ Mo NO~. Ello produce una traslocación de protones a través de la membrana que sirve para producir ATP por quimioósmosis (véase Fosforilación oxidativa). La N.r. de Escherichia coli es inducida por el nitrato y reprimida por el oxígeno; puede representar hasta el 15% de la proteína total de la membrana interna de la bacteria.

Se han encontrado N.r. respiratorias similares en diversos géneros de bacterias. En ausencia de una fuente de nitrógeno alternativa, el nitrito producido en la reducción del nitrato se reduce a amoníaco (véase Nitrito reductasa), que se asimila (véase asimilación del Amoníaco). Los hongos, algas verdes y plantas superiores poseen N.r. asimilativas (EC 1.6.6.1-3), complejos enzimáticos multiméricos de alta Mr (200.000-500.000) que contienen FAD, citocromo b5S1 y molibdeno. El donante natural de electrones es el NADH o el NADPH, y la mayoría de las N.r. reaccionan con ambos. Todas estas N.r., dependientes de nucleótidos de piridina, reducen in vitro también el citocromo c (denominado actividad de «diaforasa»), pero es probablemente que esta propiedad no tenga significación biológica. La secuencia de la transferencia de electrones es, aparentemente: Citocromo c

NAD (P) H

,-t-r ^ F A D — ¡ — » Citocromo b i 1 |

M;

—>Mo

, I 1

? NO;

FADHj

Mr de la N.r. de (Neurospora crassa) 228.000. Un mutante de nitrato reductasa (Neurospora crassa nit-3) produce una subunidad de la N.r. que contiene citocromo b¡51 y Mo (A/ 160.000) que no reacciona con el NAD(P)H, pero transfiere electrones al nitrato desde FADH2 exógeno o desde viológeno de metilo reducido. El otro componente lo produce Neurospora crassa nit-1: no puede reducir nitrato pero cataliza la reducción del citocromo c por el NAD(P)H. Las N.r. asimilativas de bacterias (Azotobacter chroococcum, Ectothiorhodospira shaposhnikovii) y Cianobacterias (Anabaena cylindrica, Anacystis nidulans) son específicas para la ferredoxina reducida, y no reaccionan con el NAD(P)H. Las N.r. se han descrito como enzimas citoplasmáticas solubles, aunque, pueden estar unidas a membranas o partículas. Así, en plantas superiores se aislan asociadas a cloroplastos o como enzimas aparentemente solubles, según la técnica de homogeneización celular. El sistema reductor de nitrato de Nostoc muscorum, Anabaena cylindrica y Anacystis nidulans (Cianobacterias) también se ha encontrado estrechamente unido a partículas fotosintéticas, o como enzima soluble, 563

Nitrato, respiración del

dependiendo de la técnica de disrupción celular. Estas partículas fotosintéticas que contienen N.r. catalizan la fotorreducción del nitrato a nitrito, acompañada por la evolución estequiométrica del oxígeno. En plantas superiores, el poder reductor de la reacción luminosa se puede utilizar también en la reducción de nitrato a nitrito (véase reducción del Nitrato). Un estudio detallado de las N.r. de bacteroides de los nodulos de las raíces de leguminosas (véase fijación del Nitrógeno; Nitrogenasa) indica que la enzima consiste en dos subunidades: una constitutiva que contiene molibdeno y hierro no hemo y otra inducible que contiene hierro. Ésta es inducible por el nitrato, mientras que la constitutiva parece ser idéntica a la subunidad que contiene Mo encontrada en la xantina oxidasa (de la leche, del intestino de los mamíferos y del hígado de las aves), y a la fracción I de la nitrogenasa de Azotobacter vinelandii y los bacteroides de los nodulos de la soja. Se ha sugerido que la competición entre la subunidad inducible de la N.r. y la fracción II de la Nitrogenasa (véase) por la subunidad que contiene Mo es la base del mecanismo de control, ya que la actividad de la nitrogenasa se manifiesta sólo cuando el nitrato es escaso. En presencia de nitrato, la subunidad inducible de la N.r. se forma en cantidades tales que une toda la proteína de Fe-Mo, la cual no se puede utilizar entonces para la formación de nitrogenasa. Puede que ésta no sea la única forma de control, y la inhibición de la nitrogenasa por trazas de nitrito parece ser un factor importante para la supresión de la actividad de nitrogenasa en presencia de nitrato. Nitrato, respiración del (Nitrate respiration): véase reducción del Nitrato. Nitrito reductasa (Nitrite reducíase): la N.r. no asimilativa (véase reducción del Nitrato) presente en diversas bacterias cataliza la reducción del nitrito, probablemente a óxido nítrico; algunos autores afirman que el producto de la reducción es óxido nitroso. Las N.r. de Pseudomonas aeruginosa, Paracoccus denitrificans y Alcaligines faecalis contienen hemo tipo c y d. La de Pseudomonas consta de dos polipéptidos similares, cada uno de M 63.000, conteniendo ambos dos grupos hemo. Los electrones los dona el citocromo c551 o la cuproproteína azul, azurina. Las N.r. de Achromobacter cycloclastes y Pseudomonas denitrificans son cuproproteínas. Se sabe poco de la estructura, el mecanismo de acción y el 564

lugar exacto de localización intracelular de estas N.r. bacterianas. Las N.r. asimilativas (véase Reducción del nitrato) de hongos, algas verdes y plantas superiores catalizan la reducción de nitrito a amoníaco. Esta reducción es equivalente a la transferencia de 6 electrones. No existen intermediarios en sentido estricto, pero en presencia de altas concentraciones de iones de amonio, la enzima muestra una cinética anormal y libera trazas de hidroxilamina. Ai de la N.r. asimilativa NADPH-dependiente (EC 1.6.6.4) de Neurospora crassa, 290.000. Se cree que es una flavoproteína, pero parece que el FAD se pierde durante la purificación y debe añadirse para conseguir la catálisis in vitro. La enzima contiene también Sirohemo (véase) como grupo prostético, que interactúa con el nitrito. La secuencia de la transferencia de electrones es: NADPH

FAD

Sirohemo

Nitrito.

La N.r. asimilativa ferredoxina-dependiente (EC 1.7.7.1) de las espinacas tiene Ai 61.000 y contiene una molécula de sirohemo y un centro (Fe2-S2) inorgánico. In vivo, el poder reductor lo proporciona la ferredoxina reducida en las reacciones luminosas de la fotosíntesis. La secuencia de la transferencia de electrones es: Ferredoxina (Fe2-S2) -> Sirohemo Nitrito. Nitrogenasa (Nitrogenase) (EC 1.18.2.1): sistema enzimàtico responsable de la fijación biológica del nitrógeno. Consta de dos proteínas, ambas necesarias para su actividad; una de ellas contiene hierro, molibdeno y azufre lábil al ácido (proteína Mo-Fe, componente I; molibdoferredoxina, abrev. azofermo) y la otra contiene hierro y azufre lábil (proteína Fe; componente II; azoferredoxina, abrev. azofer). Los dos componentes están presentes en la proporción 1 proteína Mo-Fe: 2 proteínas Fe. Se han aislado y caracterizado los dos componentes proteicos en diversos organismos fijadores de nitrógeno. Los componentes separados se pueden volver a unir y formar N. activa. El componente Mo-Fe es tetramérico, Ai 200.000-270.000; además de las cuatro subunidades, tiene también un componente de baja Air que transporta el molibdeno; el mismo «cofactoD> puede estar presente en otras molibdoenzimas. La proteína Fe es dimérica, Ai aproximada 60.000. Las N. de distintas fuentes son muy similares. La proteína Fe de algunos organismos (p.ej., Azotobacter) se puede entrecruzar con la

Nitrogenasa proteína Mo de otros organismos (p.ej., Kelbsiella) produciendo una enzima funcional. Por otra parte, los componentes heterólogos de la N. pueden producir complejos inactivos catalíticamente, p.ej., la N. de Clostridium se inhibe por la proteína MoFe de Azotobacter, incluso en presencia de exceso de proteína Mo-Fe de Clostridium. La síntesis de N. está codificada por el operón nif, que se ha mapeado en Klebsiella portransducción mediada por el fago P r Se han identificado los genes estructurales de la N „ el cofactor de molibdeno y el transporte de electrones; otro gen parece producir una sustancia reguladora de función desconocida hasta ahora. Se han mapeado otros tres genes necesarios para la expresión completa del operón nif, pero se desconoce su función. El operón nif se encuentra muy cercano al de la biosíntesis de histidina. Se han transferido el operón nif y la capacidad para fijar nitrógeno desde Klebsiella pneumoniae a Escherichia coli por conjugación mediada por factor R; esto representa el primer caso de transferencia de la capacidad para fijar nitrógeno a un organismo sin esa capacidad. Los genes nif de Klebsiella se han insertado en un plásmido (RP4, aislado primero en Pseudomonas aeruginosa) transferible a numerosas bacterias Gram-negativas. Cuando los genes nif de Klebsiella se transfieren mediante el RP4 a Azotobacter mutante nif', se restaura la fijación del nitrógeno a pesar de la distinta fisiología de los organismos donante y receptor. La N. no actúa cuando hay nitrato disponible como fuente de nitrógeno, probablemente porque se inhibe fuertemente por trazas del nitrito producido durante la reducción del nitrato. La glutamina sintetasa (no adenilada) activa promueve la transcripción del operón nif. La síntesis de N. se reprime por el amoníaco, porque un exceso del mismo inicia un mecanismo de con-

trol que conduce a la adenilación (inactivación) de la glutamina sintetasa. La N. cataliza la reducción ATP-dependiente de varios sustratos isoelectrónicos y de t a m a ñ o molecular similar al nitrógeno molecular, p.ej. azida, óxido nitroso, cianuro, acetileno. Intentando producir modelos del centro activador del sustrato de la N, se han preparado complejos orgánicos de metales de transición, de interés potencial en la industria química, donde se buscan catalizadores más eficaces para la síntesis de amoníaco. Tales catalizadores se podrían utilizar también para la síntesis de hidracina, combustible de alta e n e r g í a y a m b i e n t a l m e n t e l i m p i o p e r o p r o h i b i t i v a m e n t e caro. La c o m b u s t i ó n de la hidrazina produce nitrógeno y agua, y el rendimiento calorífico es aproximadamente 544 kJ/mol (130 kcal/mol). Se considera que la N. tiene dos centros activos: el centro activador de electrones y el activador del sustrato. El primero está en la proteína de Fe, que tiene la propiedad singular de transferir electrones a la proteína Mo-Fe. El ATP consumido por la N. es principalmente el que se requiere para aumentar el potencial reductor de los electrones transportados por las proteínas Fe, produciendo así un agente reductor extremadamente poderoso. Así, una ATPasa ferredoxina (o flavodoxina, o rubredoxina)-dependiente activa y reduce el grupo X que contiene metal a X*rcd, lo que representa un hidruro de metal. La proteína Mo-Fe contiene el centro activador del sustrato. Con ayuda del molibdeno, el sustrato se une de tal manera que se puede reducir por los electrones recibidos del X*rcd de la proteína Fe. La proteína Mo-Fe contiene 2 Mo, 28-32 Fe y unos 28 azufres lábiles al ácido por proteína tetramérica. Hay presentes hasta 4 centros Fe.S.. Otros dos centros 4

4

parecen contener MoFe g S 6 , parte del cual puede existir como una estructura cubano similar a la de

Nitrogenasa Centro activador de los electrones Na2S204 \ 2 e —

/ Ferredoxina-2e

Piruvato

'

M

¡

(

Mg"

ATP

\ ADP+P;

(ATPase)

! Centro de unión al sustrato N2

+6 e -

2NH3

N20

+2 e •

n2+h2o

C2H2 + 2 e -

c2h4

HCN + 4 e -

ch3nh2

IHCN

+6e-

CH^+NHj

H Hidrogenasa , ¡ ' Evolución del H. ATP-dependiente

565

Nitrógeno

Fe4S4, pero con un Fe sustituido por Mo (es decir, MoFe.S,). Puede haber también un centro Fe.S,. 3 4' 2 2 El centro multinuclear que contiene Mo parece estar unido por dos cadenas polipeptídicas simétricas. Los electrones se transfieren, de uno en uno, desde la proteína similar a la ferredoxina y se almacenan en el centro Mo-Fe, el cual, actuando a modo de condensador eléctrico, puede transferir varios electrones en una etapa (Fig.); en el caso del sustrato natural, el N2, se transfieren 6 electrones. Los electrones también se pueden transferir a protones y producir hidrógeno molecular. Esta producción de hidrógeno ATP-dependiente compite con la síntesis de amoníaco y es bastante distinta a la de la hidrogenasa bacteriana, que no requiere ATP. En Azotobacter y en bacteroides de Rhizobium, el hidrógeno producido por la N. es tomado de nuevo por la hidrogenasa y oxidado con la subsiguiente síntesis de ATP. La actividad de N. de preparaciones libres de células se mide generalmente por análisis colorimétrico de amoníaco, tras incubación con nitrógeno molecular. La fijación del nitrógeno se puede medir en general por la incorporación de l5 N2 en el material celular, pero el método es relativamente caro y tedioso. El uso de acetileno (etino) como sustrato alternativo de la N. ha revolucionado los estudios sobre la fijación del nitrógeno. Los análisis se realizan en un sistema cerrado; el producto, etileno (eteno), no se asimila y se puede determinar fácilmente por cromatografía de gas. Nitrógeno (Nitrogen): véase Bioelementos. Nitrógeno, almacenamiento del (Nitrogen storage): véase detoxificación del Amoníaco. Nitrógeno, balance de (Nitrogen balance): diferencia entre la ingesta y la pérdida total de nitrógeno de un organismo. Los animales jóvenes en crecimiento tienen un B.n. positivo, es decir, retienen más nitrógeno (como proteínas que aumentan durante el crecimiento) del que excretan. Los adultos maduros y sanos muestran un B.n. cero, es decir, la ingesta del nitrógeno está equilibrada exactamente con la excreción. Se produce B.n. negativo como resultado de una deficiencia de un aminoácido esencial; una disminución de las reservas corporales de cualquier aminoácido proteogénico desajusta la síntesis proteica total, de manera que la concentración de todos los demás aminoácidos del pool aumenta; ello determina un aumento exagerado de las rutas metabólicas de degradación y de la formación de urea. El clá566

sico método de deleción para la determinación de los requerimientos de aminoácidos esenciales (indispensables) de un animal implica la medida del B.n. de animales que reciben una dieta completa, excepto el aminoácido sometido a análisis. Se determina la ingesta diaria por la alimentación y se mide el nitrógeno total de una muestra de comida idéntica. Estrictamente, al determinar la pérdida diaria de nitrógeno deberían tenerse en cuenta la caída de pelo, la descamación de la piel y la perspiración, pero generalmente estas contribuciones menores se omiten y para la determinación del B.n. se usa sólo el contenido de nitrógeno de las heces y la orina. Nitrógeno, ciclo del (Nitrogen cycle): véase fijación del Nitrógeno. Nitrógeno, excreción del (Nitrogen excretion): véase detoxificación del Amoníaco. Nitrógeno, fijación del (Nitrogen fixation): proceso por el que el nitrógeno atmosférico se convierte en amoníaco. La activación del nitrógeno molecular, y su reducción a amoníaco, depende de la actividad catalítica de la enzima Nitrogenasa (véase). El amoníaco se incorpora entonces a diversos compuestos nitrogenados de la célula por procesos de asimilación del Amoníaco (véase). La nitrogenasa es una enzima muy inestable, especialmente en organismos anaerobios. La F.n. es de importancia fundamental para la economía del nitrógeno de suelos y aguas, y constituye una etapa esencial en el ciclo del nitrógeno en la biosfera. Ciertos microorganismos del suelo, especialmente los géneros Clostridium y Azotobacter, pueden realizar F.n.; otros microorganismos fijan nitrógeno en simbiosis con plantas superiores especialmente las Leguminosae. Se conocen también muchos otros ejemplos de F.n. por asociaciones simbióticas entre microorganismos y plantas no leguminosas, p.ej., se ha aislado un Actinomycete (Frankia sp.) en los nódulos fijadores de nitrógeno de las raíces de chopo (Alnus). En el agua, especialmente en el océano, los fijadores de nitrógeno más importantes son las bacterias verde azules (también llamadas algas verde azules, término que es preferible evitar, porque estos fijadores de nitrógeno son procariotas, mientras que las algas son eucariotas). La F.n. de las bacterias verde azules es de importancia práctica en el cultivo de arroz en los trópicos. Los liqúenes (asociaciones simbióticas entre una bacteria verde azul y un hongo), y el sistema simbiótico Nostoc-Gunnera (es decir, asociación

Nitrógeno, fijación del

simbiótica entre una bacteria verde azul y una angiosperma) son muy importantes desde el punto de vista ecológico, ya que pueden colonizar h á b i t a t s c l i m á t i c o s e x t r e m o s , o pobres en nutrientes. Las necesidades de carbono y nitrógeno de los liqúenes se cubren por la fotosíntesis y la F.n., por lo que tales sistemas simbióticos se mantienen fundamentalmente del aire, con pocas demandas nutricionales del resto del ambiente. Los liqúenes inician así la explotación de ambientes yermos permitiendo una posterior colonización por plantas con requerimientos nutricionales más amplios. En suelos pobres, el sistema NostocGunnera puede fijar unos 70 g de nitrógeno atmosférico por m 2 por año. La capacidad de realizar F.n. es una característica especial de relativamente pocos organismos procarióticos; no se ha detectado nunca en eucarióticos. En la bacteria Clostridium pasteurianum, que contribuye al enriquecimiento de nitrógeno de los suelos agrícolas, el poder reductor y el ATP que se necesitan para la F.n. derivan de la escisión fosforoclástica del piruvato. En preparaciones enzimáticas libres de células, el piruvato se puede reemplazar por ATP, o un sistema de generación de ATP, y un agente reductor (donante de hidrógeno o electrones). Agentes reductores adecuados son el ditionito de sodio y el borohidruro de potasio. La nitrogenasa también cataliza la transferencia de electrones desde el hidrógeno molecular al nitrógeno en presencia de una hidrogenasa ferredoxina-dependiente. El donante natural de electrones, en la mayoría de los sistemas fijadores de nitrógeno, es una ferredoxina; en ciertos casos, se sustituye por otras prot e í n a s t r a n s p o r t a d o r a s de electrones, p.ej. flavodoxina o rubredoxina; se necesitan cuatro moléculas de ATP para la transferencia de cada par de electrones. La reducción escalonada del nitrógeno sobre la superficie de la nitrogenasa puede tener lugar mediante intermediarios unidos a enzimas, pero no se han observado intermediarios libres entre el amoníaco (el producto) y el N2 (el sustrato de la F.n.). El sistema de F.n. más ampliamente estudiado hasta ahora es la asociación simbiótica entre miembros de las Leguminosae y los Rhizobium; la leguminosa más utilizada para estos estudios es Glycine max (soja). La infección de las raíces de la planta porRhizobia virulentos determina la formación de los nodulos de las raíces, que son los que tienen la capacidad de fijar el nitrógeno; los

Rhizobia que viven libres en el suelo no lo fijan. Sin embargo, en condiciones de laboratorio, cultivos puros de Rizhobium fijarán nitrógeno siempre que en el medio de cultivo haya una pentosa (p.ej., arabinosa) y un ácido dicarboxílico (fumarato o succinato). Durante el proceso de infección, las células de Rhizobium pierden su forma de bastoncillos y eventualmente adoptan la forma globular de bacteroides. La reducción del nitrógeno a amoníaco y la asimilación del mismo se realiza en estos bacteroides; los compuestos de carbono para su respiración y para la asimilación del amoníaco los proporciona la planta; los aminoácidos son exportados a los tejidos de la planta huésped. No se ha identificado el donante natural de electrones para la F.n. simbiótica. Se n e c e s i t a leghemoglobina para la F.n. en los nódulos de la raíz de la leguminosa, pero no en los sistemas de F.n. no leguminosos. En el interior de una cubierta membranosa, los bacteroides están bañados en una solución de leghemoglobina, cuya concentración en los nódulos de las raíces es un índice de su capacidad fijadora de nitrógeno. La tasa de transporte de oxígeno a través de una solución de leghemoglobina es ocho veces superior a su tasa de difusión a través del agua. Esta difusión facilitada del oxígeno a los bacteroides permite una alta tasa de respiración, necesaria para producir las relativamente grandes cantidades de ATP que necesita la nitrogenasa. Por contraste, el oxígeno interfiere la preparación en el laboratorio de bacteroides activos, debido a la presencia de oxidasas de fenoles y polifenoles de los tejidos de la planta huésped. Éstas se pueden inactivar por adsorción sobre pirrolidona de polivinilo en presencia de ácido ascòrbico. Por tanto, se pueden aislar suspensiones de bacteroides fijadores de nitrógeno a partir de nódulos de raíces homogeneizados en condiciones estrictamente anaerobias, p.ej. centrifugando el homogeneizado bajo argón o eliminando la actividad de oxidasa de polifenol. Los bacteroides se pueden tratar entonces como cualquier otra fuente bacteriana de nitrogenasa. La posterior rotura de las células y la purificación de la enzima, por precipitación selectiva y cromatografía en columna, deben realizarse en condiciones estrictamente anaerobias, porque la nitrogenasa se inactiva irreversiblemente por el oxígeno; esto es especialmente crítico en las etapas finales de la purificación, ya que la sensibilidad de la nitrogenasa al oxígeno aumenta con la purificación. Los dos componentes proteicos se567

nm parados de la nitrogenasá se inactivan por el oxígeno, siendo la proteína de Fe más sensible. nm: abrev. de nanómetro. Nodulos, bacterias de los (Nodule bacteria): véase Rhizobia. Nomenclatura EC (EC nomenclature): véase Enzimas. Nopalina (Nopaline): véase D-Octopina. Nopalínico, ácido (Nopalinic acid): véase DOctopina. Noradrenalina (Noradrenalin), norepinefrina, arterenol: dihidroxifeniletanolamina, hormona y Neurotransmisor adrenérgico (véase) del sistema nervioso simpático. Mr 169,2. Causa la contracción de los vasos sanguíneos, a excepción de los vasos coronarios, y por tanto aumento de la presión sanguínea. También relaja el músculo liso, pero estimula el músculo cardíaco. La comparación de los efectos de la N. y la Adrenalina (véase) ha conducido a la clasificación de los receptores postsinápticos como receptores a o (3. Los primeros responden más a la adrenalina y son generalmente excitantes, excepto en el músculo liso intestinal, mientras que los segundos responden a la N. y son generalmente inhibidores. La N. es una catecolamina que se sintetiza a partir de Ltirosina vía dopa (véase Dopamina) en la médula de las glándulas suprarrenales y en las neuronas adrenérgicas del sistema nervioso. En esos mismos tejidos se convierte en parte en Adrenalina (véase) por la Noradrenalina N-metiltransferasa (EC 2.1.1.28). La N. se desactiva por O-metilación; una monoamina oxidasa elimina entonces el grupo NH 2 produciendo ácido 3-metoxi-4-hidroximandélico (ácido vanililmandélico, VMA), el metabolito más importante en las partes periféricas del cuerpo y en la orina. La cantidad de VMA en la orina es un índice de la función nerviosa parasimpática, y se usa para el diagnóstico de tumores que producen N. o adrenalina. (Véase lanzadera del Ascorbato). COOH

I

HO-CH

CH 3 0

Noradrenalina 568

Ácido vanililmandélico

Norepinefrina (Norepinephrine): véase Noradrenalina. Noresteroides (Norsteroids): véase Esteroides. Norgestrel (Norgestrel): gestágeno sintético usado en anticonceptivos orales, el más potente de los gestágenos activos oralmente.

C = CH

Norlaudanosina (Norlaudanosine): véase Alcaloides benzilisoquinolínicos. Nornicotina (Nornicotine): véase Nicotina. Norum, enfermedad de (Norum's disease): véase Errores congénitos del metabolismo. Notatina (Notatin): véase Micotoxinas. Nucleasas (Nucleases): grupo de enzimas hidrolíticas que escinden los ácidos nucleicos. Las exonucleasas atacan a la molécula de ácido nucleico en su extremo, mientras que las endonucleasas realizan la escisión hidrolítica dentro de la cadena de polinucleótidos. Las desoxirri-bonucleasas (DNAasas) son específicas del DNA y las ribonucleasas (RNAasas) del RNA. Todas son Fosfodiesterasas (véase) y catalizan la hidrólisis del enlace 3' ó 5' en la unión 3',5'-fosfodiéster. La Ribonucleasa (véase) ha sido ampliamente estudiada. El enlace N-glucosídico de los ácidos nucleicos es escindido por las Nucleosidasas (véase). Nucleicos, ácidos (Nucleic acids): polímeros de nucleótidos presentes en todas las células y virus. Miescher los aisló por primera vez en 1869 en los leucocitos del pus y les dio el nombre de nucleína. Altman introdujo el término A.n. en 1889 por sus propiedades ácidas. Hay dos clases principales de A.n. que se diferencian por el componente glicídico: el ácido ribonucleico (RNA) (véase) contiene ribosa, y el ácido desoxirribonucleico (DNA) (véase) contiene 2-desoxi-Dribosa. Ambos tienen ciertas características estructurales comunes, pero funciones biológicas diferentes. El DNA almacena la información genética; se replica durante el ciclo celular de manera que cada célula hija recibe DNA idéntico en estructura y en contenido de información (véase Código genético). El RNA está íntimamente

Nucleicos, ácidos implicado en la síntesis proteica, y su función principal es traducir la información del D N A en la estructura primaria de las proteínas específicas (véase biosíntesis de Proteínas). Los A.n. son polímeros de Ai entre 20.000 y aproximadamente 109, con tres componentes estructurales: bases de purina y pirimidina, una pentosa (D-ribosa en el R N A o 2-desoxi-D-ribosa en el DNA) y ésteres de fosfato. Las cinco bases más importantes son uracilo (sólo en el RNA), timina (sólo en el DNA), adenina, guanina y citosina (DNA y RNA); en diversos A.n. hay adem á s u n o s 3 0 c o m p o n e n t e s r a r o s de á c i d o s Nucleicos (véase), que se forman por modificación de las estructuras existentes en los A.n., p.ej. por mediación, hidrogenación o reordenación de las bases normales. Cada unidad mononucleotídica se une a su vecina por un grupo fosfato que forma un enlace éster en la posición 3' de un azúcar y otro en la 5' del azúcar vecino. Esta unión 3',5' da lugar a una cadena lineal de residuos de azúcar unidos por fosfato; una base se une al C-1 de cada azúcar por un enlace /V-glucosídico (Fig. 1). El orden lineal de las bases es estadísticamente irregular, representando el código de la información de los A.n. Los grupos reactivos -NH 2 , -OH, y -NH de las bases de purina y pirimidina confieren ciertas propiedades a los A.n., p.ej., la formación de puentes de hidrógeno específicos entre las purinas y las

pirimidinas, dando lugar a la estructura secundaria. Así, las cadenas complementarias lineales forman una doble hélice (véase DNA), o bien una hebra sencilla se dobla sobre sí misma, formando regiones alternantes lineales o helicoidales (RNA). Otras fuerzas implicadas en la conformación espacial de los A.n. (véase Enlaces no covalentes) son fuerzas cohesivas homopolares (fuerzas de Van der Waals), interacciones hidrofóbicas entre las bases y el solvente, e interacciones electrostáticas (enlaces iónicos). Análisis de la secuencia. Dado que la secuencia de bases de un A.n. representa la información de dicha molécula, su determinación es de la máxima importancia. La introducción de métodos rápidos para dicha determinación ha revolucionado las ciencias biológicas, de manera que en la actualidad se identifican rutinariamente nuevas proteínas del siguiente modo: Primero se producen anticuerpos de la proteína en un animal adecuado; para ello la proteína no tiene que ser pura, siempre que se pueda purificar posteriormente el a n t i c u e r p o r e s u l t a n t e (p.ej., e l i m i n a n d o los anticuerpos no deseados por reacción con un sistema similar al del experimento pero que carece de la proteína en cuestión). Los anticuerpos se usan para identificar un fragmento oligopeptídico de la proteína deseada, por cuya secuencia se puede deducir la secuencia probable del R N A que la codifica (véase Código genético). Se sintetiza en el laboratorio D N A con la secuencia deducida y

569

Nucleicos, ácidos

se usa como sonda de Hibridación (véase) para identificar el DNA genómico que codifica la proteína en estudio. Tras la clonación de este DNA, se determina su secuencia por uno de los métodos que se describen más adelante, y a partir de ella se deduce la secuencia de aminoácidos de la proteína en estudio. Los dos métodos más ampliamente usados para la secuenciación del DNA fueron desarrollados por A.M. Maxam y W. Gilbert [véase Methods of Enzymology 65 (1980) 499-560] y por F. Sanger, S. Nicklen & A.R. Coulson [véase Proc. Nati. Acad. Sci 74 (1977) 5463], Con el método de Maxam y Guilbert se puede secuenciar DNA de hebra sencilla y doble. Primero se escinde el DNA con una Endonucleasa de restricción (véase) para obtener el fragmento deseado del cromosoma, el cual debe purificarse por electroforesis en gel y, si es de doble cadena, separarlo en sus dos cadenas. Se marca la cadena sencilla del DNA a secuenciar en un extremo, p.ej. con 32P, y se trata entonces con un reactivo que modifique específicamente una o dos bases de manera que puedan ser eliminadas por un segundo reactivo. Finalmente, con otro reactivo se rompe la cadena por aquellos lugares en los que se han eliminado las bases (pero no los fosfatos de azúcar). El sulfato de dimetilo, p.ej., metila el N-7 de la guanina, lo que desestabiliza el anillo y lo hace susceptible a la escisión por una base (el segundo reactivo); después, la piperidina desplaza el anillo abierto de guanina y elimina los fosfatos de su ribosa, rompiendo la hebra. El sulfato de dimetilo metila el N-3 de la adenina, pero ésta no se escinde por una base en la segunda etapa; la citosina y la timina no son afectadas. Se eligen las condiciones de manera que no se modifiquen todas las bases, y el DNA se escinde por muchos sitios diferentes, produciendo una serie de polinucleótidos cortos, cada uno marcado en un extremo con 32P y terminando en una base que antes estaba adyacente a una guanina. De manera similar, el tratamiento con hidracina rompe los anillos de timina o citosina; la hidracina, en presencia de NaCl 1M, rompe sólo la citosina; y la adenina y la guanina se rompen por protonación (tratamiento con ácido) seguida por tratamiento con una base. El método de Sanger et al., utiliza un cebador y un DNA polimerasa para hacer copias radiomarcadas del DNA (o del RNA, si se usa transcriptasa inversa). Se mezcla deliberadamente uno de los cuatro trifosfatos de nucleósido presentes en el medio de polimerización con un análogo, el cual hace que se termine la polimerización cuando se incorpora al DNA. Los compuestos usados para 570

este propósito son 2',3'-didesoxirribonucleótidos y arabinósidos. La fracción 2',3'-didesoxirribosa no tiene grupo 3'-OH con el que formar un enlace fosfodiéster y la arabinosa tiene su grupo 3'-OH en posición trans, por lo que la polimerización por polimerasas procarióticas se bloquea. Se elige la proporción entre cadenas que terminan en el análogo y en desoxirribonucleótidos normales de manera que se obtenga una mezcla de polinucleótidos en la que estén representados todos los fragmentos posibles que terminen en la base en cuestión. Estos se separan por electroforesis en gel, y se deduce la secuencia como en el método de Maxam y Gilbert. Ambos métodos están automatizados y se aplican a secuencias de polinucleótidos de hasta 250 bases a partir del extremo marcado; los fragmentos de DNA más largos hay que cortarlos al tamaño adecuado y una vez determinadas sus secuencias, colocarlos en el orden correcto. Para este trabajo son indispensables las endonucleasas de restricción. El Vol. 65 de Methods of Enzymology está dedicado a las técnicas de secuenciación de nucleótidos de genes y cromosomas enteros. T G G G A C C A G G C C A G G A C C G T T G A A C T G

Figura 2. Patrón de la electroforesis en gel que se podría generar secuenciando un fragmento hipotético de DNA. Tras el tratamiento con uno de los cuatro reactivos específicos para las bases indicados en la parte de arriba de cada columna, una muestra de DNA se separa según la longitud de la secuencia de nucleótidos. Los nucleótidos más cortos aparecen en la parte inferior del gel. La secuencia de la muestra original se lee tal como se indica a la derecha de la franja por la que se desplaza una mezcla de las cuatro muestras tratadas (Todas).

Nucleicos, componentes raros de los ácidos

Propiedades físicas y métodos analíticos: Los dobles enlaces conjugados de los anillos heterocíclicos de las bases absorben luz UV en la región de 260 nm, por lo que el análisis por espectrofotometría de UV se usa para la caracterización y determinación cuantitativa de A.n. y compuestos relacionados de menor Aír, como mono- y oligonucleótidos. La intensidad de absorción de luz UV depende de la conformación, es decir, de la estructura secundaria de los A.n., por lo que también se usan los métodos ópticos para determinar su estructura y para detectar y controlar cambios estructurales. La desnaturalización produce un aumento de absorción a 260 nm (véase efecto Hipercrómico), de manera que por el curso de la curva de desnaturalización por calor, denominada curva del punto de fusión, se puede determinar el contenido helicoidal de los A.n. así como el contenido de GC de una muestra de DNA (véase Valor Tm). Si el A.n. desnaturalizado por calor se enfría lentamente, se restaura ampliamente la estructura original (renaturalización). El DNA bacteriano se renaturaliza en mayor proporción que el DNA nuclear de organismos superiores. El RNA desnaturalizado por calor también se puede renaturalizar a su forma original. Otros métodos físicos usados para la investigación de la estructura de los A.n. son Hibridación (véase), microscopía electrónica, ultracentrifugación analítica, centrifugación en gradiente de densidad de CsCl, análisis de difracción de rayos X, espectroscopia de infrarrojos, dispersión rotatoria óptica, fotometría de luz dispersa y medidas de viscosidad. Los A.n. se purifican por cromatografía en columna (p.ej. en columnas de metilalbúmina-ácido silícico), por electroforesis (p.ej. en gel de poliacrilamida) y por centrifugación en gradiente de densidad (p.ej., sacarosa o CsCl). La determinación cuantitativa se realiza por la absorción de UV de sus bases, por determinación del contenido de fosfatos, o por reacciones coloreadas específicas para ribosa o desoxirribosa (reactivo de Dische para DNA, reactivo de Dische-Schwarz para RNA). Para la detección histoquímica de DNA se usa la reacción de Fuelgen. Nucleicos, bases de los ácidos (Nucleic acid bases): bases constituyentes de los ácidos nucleicos, fundamentales para su función de almacenamiento y transferencia de la información genética. Son Adenina, Guanina, Citosina, Timidina, Uracilo (véanse) y otras que se encuentran

con menos frecuencia (véase componentes raros de los ácidos Nucleicos). Véase también ácidos Nucleicos; Código genético; apareamiento de Bases. Nucleicos, componentes raros de los ácidos (Rare nucleic acid components), componentes inusuales de los ácidos nucleicos, componentes menores de ácidos nucleicos: componentes relativamente poco frecuentes de los ácidos nucleicos, formados por modificación enzimàtica, especieespecífica, de las bases o azúcares normalmente presentes en los ácidos nucleicos, es decir, por modificación de la adenina, guanina, citosina, uracilo, timina o ribosa. Con la excepción del ácido 5-hidroximetildesoxicitidílico (véase biosíntesis de Pirimidinas), todos se forman por modificación de los residuos de la cadena polinucleotídica intacta del ácido nucleico. Las bases modificadas de los ácidos nucleicos se llaman también bases menores. Las bases libres de purina y pirimidina no se modifican enzimàticamente, excepto en la formación de alcaloides de purina en las plantas (véase Metilxantinas). Las principales modificaciones son acetilación con acetil-CoA (formación de 7V4-acetilcitidina y 5-acetiluridina), glucosilación con UDPG (glucosilación de la 5-hidroximetilcitidina formando 5-glucosilhidroximetilcitosina), isoprenilación con y, y-dimetilalilpirofosfato (conversión de la adenosina en M'-isopenteniladenosina), reducción (uridina a 5,6-dihidrouridina), tiolación con cisteína (formación de 2-tiouridina), escisión de un enlace C-C (conversión de uridina en pseudouridina), y metilación, que es especialmente común, en la que se transfieren grupos metilo desde la S-adenosil-L-metionina (SAM) a los átomos de C, N, u O de las bases (p.ej., 5-metiluridina) o de las fracciones de azúcar (p.ej., 2-O-metiluridina). Otros C.r.n. importantes son inosina y ribotimidina. Se conocen unos 40 C.r.an., con una distribución en los diferentes tipos de ácidos nucleicos muy variable. El RNA de transferencia contiene un número especialmente alto de C.r.a.n; se presentan en posiciones específicas, principalmente en las regiones de cadena sencilla, p.ej. en la región contigua al bucle del anticodón. El DNA y el rRNA contienen nucleótidos metilados, mientras que el mRNA de procariotas y fagos parece no contenerlos, o si están presentes, a una concentración menor de los límites que permiten su detección (menos de 1 en 3.500 residuos). El mRNA eucariótico y el vírico contienen estructu571

Nucleicos infecciosos, ácidos

ras especiales con residuos metilados en el casquete 5-terminal, y algunos residuos de ácido 6metiladenílico en el interior de la molécula (véase mRNA). En la metilación del DNA, metilasas específicas catalizan la transferencia de los grupos metilo desde la SAM a los grupos 6-amino de los residuos de adenina y al C 5 de la citosina. Un patrón específico de metilación protege al DNA de las propias Endonucleasas de restricción (véase); estas enzimas destruyen el DNA de los virus invasores. El DNA de los virus que se replican en el interior de un determinado huésped se protegen de las endonucleasas del mismo por metilación de las bases de los lugares sensibles a las endonucleasas. Los agentes alquilantes carcinogénicos alquilan principalmente los residuos de guanina en el átomo de N 7. En estado libre, algunos C.r.a.n. del tRNA son citocininas activas, p.ej. \a.Nñ-(y, ydimetilalil)-adenosina. Nucleicos infecciosos, ácidos (Infectious nucleic acids): ácidos nucleicos víricos que han penetrado en la célula huésped para replicarse y para traducir su información genética en componentes víricos por medio del aparato sintético de la célula huésped (véase Virus; desarrollo del Fago). Nucleicos, unión de ácidos (Annealing of nucleic acids): véase Hibridación; punto de Fusión. Núcleo (Nucleus): estructura grande ( - 5 |im de diámetro) de las células eucarióticas, que contiene la mayor parte del DNA de la célula y representa el lugar principal para el almacenamiento, replicación y expresión de la información genética. Durante la interfase, es decir, en el periodo comprendido entre las divisiones celulares, el núcleo está densa y uniformemente relleno con el DNA y muestra pocas estructuras distinguibles, incluso en microscopía electrónica. Las características observables son la Cromatina (véase), el nucleoplasma, la membrana nuclear y los Nucléolos (véase). En la división nuclear, se forman los Cromosomas (véase), altamente estructurados, a partir de la cromatina. Cromatina y cromosomas están formados principalmente por DNA, RNA y numerosas proteínas. Proteínas enzimáticas importantes son la DNA-polimerasa para la replicación del DNA, y la RNA-polimerasa para la transcripción. Otras proteínas cromosómicas (histonas, protaminas y 572

proteínas ácidas) regulan la replicación y transcripción (véase Cromosomas). Otros procesos metabólicos importantes que tienen lugar en el nucleoplasma son, p.ej., la glicólisis y el ciclo TCA. El NAD sólo se sintetiza en el N. La concentración nuclear de Na+ es diez veces superior a la del citoplasma. El N. contiene también un sistema completo sintetizador de proteínas, pero se desconoce en general qué proteínas se sintetizan en el N. La membrana nuclear es importante en la transferencia de compuestos de alta y baja M entre el N. y el citoplasma. Los N. aislados son altamente permeables a las histonas, protaminas y otras macromoléculas biológicas, mientras que el ATP y el Na+ se unen fuertemente. Los principales componentes que se obtienen de N. aislados y rotos son complejos DNA-histonas (nucleohistonas), ácidos ribonucleicos y proteínas ácidas poco solubles (proteínas residuales). Los N. contienen también altas concentraciones de una arginasa y una adenosina 5'-fosfatasa de función desconocida. Nucleocidina (Nucleocidin): antibiótico de purina sintetizado por Streptomyces calvus (véase Antibióticos nucleosídicos). M 392, [oe]" -33,3°. Es activa contra bacterias y hongos, y se usa terapéuticamente contra los tripanosomas. Inhibe la síntesis proteica. NH,

(C6HIO05) O-SO2NH2

Nucleocidina Núcleo interfásico (Interphase nucleus): véase Núcleo. Nucléolo (Nucleolus), (pi. Nucleoli): compartimiento del núcleo que contiene el Organizador nucleolar (véase). El número de N. por célula varía ampliamente. Sus principales componentes son proteínas (más del 80% del peso seco), RNA (más del 5%) y DNA. El N. contiene las siguientes estructuras reconocibles: un material fundamental de proteína amorfa, gránulos de ribonucleoproteínas, fibrillas de ribonucleoproteínas y las fibrillas cromatínicas del organizador nucleolar.

Nucleósidos, azúcares de difosfatos de

El N. es el lugar de la síntesis del RNA ribosómico (véase Ribosomas). Durante la división nuclear, el N. desaparece temporalmente como estructura visible. Nucleoplasma (Nucleoplasm): véase Núcleo. Nucleoproteína (Nucleoprotein): complejos heteropolares de ácidos nucleicos (en particular, de DNA) con proteínas básicas, solubles en ácidos (histonas o protaminas), y proteínas cromatínicas no histonas ácidas, solubles en bases o detergentes. Se encuentran principalmente en la cromatina del núcleo celular en interfase y en los cromosomas cuando el núcleo está en división. Muchos virus están formados exclusivamente por N., pero las bacterias carecen de ellas. Están implicadas en la replicación del DNA y en el control de la función génica durante la biosíntesis de proteínas. Los complejos proteínas-RNA del ribosoma son también N. Nucleosidasas (Nucleosidases): enzimas que catalizan la escisión del enlace entre el residuo de azúcar y la base de un Nucleósido (véase). Generalmente, la reacción es una fosforólisis (no una hidrólisis) que implica al ortofosfato. Nucleósidos (Nucleosides): N-glicósidos de bases nitrogenadas heterocíclicas. Los Nglicósidos de purinas y pirimidinas con las pentosas son de importancia biológica especial. El componente azucarado es D-ribosa o D-2desoxirribosa, ambos en forma furanosa (Tabla). El C-l del residuo de pentosa está unido al N-9 de la purina, o al N-l de la pirimidina, por un enlace iV-glicosídico (enlace C-N). Para distinguir los sistemas de numeración de la base y el azúcar, los números de los átomos del azúcar se acompañan de un apóstrofo, es decir, 1' a 5'. Los desoxirribonucleósidos contienen D-2-desoxirribosa y los ribonucleósidos D-ribosa. Los nombres comunes de los N. derivan del nombre de la base, termi-

nando los N. de piridina en -idina y los de purina en -osina. Los componentes poco comunes del ácido nucleico representan mitades nucleósido en las cuales la base o el azúcar está modificado químicamente. N. y desoxinucleósidos se sintetizan por medio de una Ruta de recuperación (véase). También se producen por hidrólisis de ácidos nucleicos y de nucleótidos. Las fosforilasas de nucleósidos y de desoxinucleósidos catalizan la escisión reversible, fosfato-dependiente, de los N. y desoxirribonucleósidos, formando ribosa de 1-fosfato o desoxirribosa de 1-fosfato y una base libre. Los N. y los desoxirribonucleósidos se convierten en los correspondientes nucleótidos por la acción de quinasas específicas. En sentido estricto, el término nucleósido se reserva para las combinaciones de azúcar y base presentes en los ácidos nucleicos, pero el término se aplica a menudo a cualquier compuesto de azúcar y base. Nucleósidos, azúcares de difosfatos de (Nucleoside diphosphate sugars), azúcares de nucleótidos: derivados de nucleótidos de monosacáridos ricos en energía. El grupo activador es un difosfato de nucleósido. El difosfato de uridina y glucosa (UDP-glucosa, UDPG, «glucosa activa») es de general importancia en el metabolismo de los glícidos. Se sintetiza a partir de la 1-fosfato de glucosa por reacción con trifosfato de uridina (Fig.). Otros grupos de difosfato de nucleósidos que se encuentran en los A.d.n. se recogen en la tabla. El azúcar activado puede intervenir en diversas reacciones metabólicas. De importancia especial es la transferencia de la fracción azucarada al grupo OH de otra molécula, p.ej. en la síntesis de oligoy polisacáridos. (véase metabolismo de los

573

Nucleósidos, compuestos de difosfatos de

Tabla. Azúcares de difosfatos de nucleósidos Grupo del difosfato de nucleósido activador

Molécula activada

Difosfato de uridina

Función

Glucosa

Interviene en el metabolismo de los glícidos. Síntesis de Glucógeno (véase). Síntesis de Mureína (véase).

Galactosa

Metabolismo de la Galactosa (véase).

Glucuronato Ruta del Glucuronato (véase). Síntesis de glucuronato. A'-Acetilglucosamina

Metabolismo de aminoazúcares. Síntesis de quitina.

Difosfato de adenosina

Glucosa

Síntesis de almidón (véase).

Difosfato de guanosina

Mañosa

Síntesis de Lfucosa, D-ramnosa y 6-desoxihexosas.

Difosfato de desoxitimidina

Glucosa

Síntesis de L-ramnosa.

Difosfato de citidina

Ribitol Glicerol

Síntesis de ácidos Teicoicos (véase).

6-Fosfato de glucosa Fosfoglucomutasa (EC 2.7.5.1)

1,6-Difosfalo de glucosa

1 -Fosfato de glucosa 1 -Fosfato de glucosa urídililtransferasa (EC 2.7.7.9)

- Trifosfato de uridina (UTP) • Pirofosfato

OH

CH,OH

vy

^O^CHj-O-®-®-^ OH OH

Difosfato de uridina y glucosa

Síntesis de la uridindifosfato glucosa. 574

)H

Glícidos). Los derivados de d i f o s f a t o s de nucleósidos de los ácidos urónicos son también metabòlicamente importantes, p.ej. el difosfato de ácido glucurónico y uridina se forma a partir de difosfato de glucosa y uridina, y es precursor de los glucurónidos (véase ruta del Glucuronato). Nucleósidos, compuestos de difosfatos de (Nucleoside diphosphate compounds): compuestos que contienen una a g r u p a c i ó n de difosfatos de nucleósidos con efecto activador, de manera que la molécula tiene un alto potencial de transferencia de grupo. Son ejemplos los azúcares de difosfatos de Nucleósidos y el difosfato de Citidina y colina (véanse). Nucleótidos (Nucleotides),/os/a/os de nucleósidos: ésteres de ácido fosfórico de Nucleósidos (véase). El ácido o-fosfórico se esterifica con un grupo OH libre del azúcar. Si el azúcar es D-ribosa, el N. se denomina ribonucleótido o ribótido. Si el azúcar es D-2-desoxirribosa, el N. es un desoxirribonucleótido, desoxinucleótido o desoxirribótido. El fosfato puede estar en las posiciones 2', 3' ó 5' (en los desoxirribonucleótidos sólo son posibles las posiciones 3' y 5'). Los 5'-fosfatos de nucleósidos son muy importantes metabòlicamente; pueden estar mono-, di- o trifosforilados, p.ej., 5'-mono-fosfato de guanosina, 5'-difosfato de citidina y 5'-trifosfato de adenosina. Los N. cíclicos (3',5'-monofosfatos cíclicos) tienen propiedades reguladoras importantes (véase fosfatos de Adenosina; fosfatos de Guanosina; fosfatos de Inosina; fosfatos de Uridina). Los monofosfatos de nucleósidos se sintetizan de novo durante la biosíntesis de Purina y de Pirimidina (véanse); después se f o s f o r i l a n escalonadamente por acción de quinasas, produciendo di- y trifosfatos de nucleósidos. La fracción 2-desoxirribosa se forma por reducción de la ribosa en los ribonucleótidos (véase Ribonucleótido reductasa); in vivo, la ribosa libre no se reduce a 2-desoxirribosa. Los N. y desoxinucleótidos son componentes monoméricos de los Oligonucleótidos y Polinucleótidos (véanse). La degradación enzimàtica de oligo- y polirribonucleótidos (pero no de los correspondientes desoxirribonucleótidos) produce 2', 3'-fosfatos de nucleósidos cíclicos. Los N. se escinden a bases libres y p i r o f o s f a t o de fosforribosilo en una reacción pirofosfato-dependiente catalizada por N. pirofosforilasas. Ciertas coenzimas contienen estructuras nucleotídicas (véase Coenzimas de nucleótidos): el NADP con-

Nutrientes minerales

Tabla. Estructura de las bases de purina y pirimidina, de nucleósidos, desoxinucleósidos y nucleótidos

Base de purina

R'=H Nucleósido o Desoxinucleósido

R 2 = H Adenina R f =NH 2

Adenosina Desoxiadenosina

R 2 = NH2 Guanina R,= O H o

Guanosina Desoxiguanosina

R = H Hipoxantina R,= 0 OH

Inosina (Desoxiguanosina)

Nucleótidos:

mono fosfatos de

R' = ® AdenosinaGuanosinaInosinadifosfatos de UridinaCitidinaTimidina-

Base de pirimidina

R'=H Nucleósido o Desoxinucleósido

Uracilo

Uridina Desoxiuridina

R.4 = NH,2 R 5 =H

Citosina

Citidina Desoxicitidina

R 4 =OH R S =CH,

Timina

Ribotimidina Timidina*

R

4

r

5

=

O H

= h

R'=® ~ ® AdenosinaGuanosinatrifosfatos de InosinaUridinaCitidinaTimidina

R'=®~®~® AdenosinaGuanosinaInosinaUridinaCitidinaTimidina-

* El componente azucarado de la timidina es la 2'-desoxirribosa. tiene 2', 5-difosfato de adenosina, y la coenzima A, 3', 5'-difosfato de adenosina. En todas las células vivientes, los N. (especialmente el 5'-trifosfato de adenosina) actúan como compuestos de alta energía en el almacenamiento y transferencia de energía química. Nucleótidos, azúcares de (Nucleotide sugar): véase azúcares de difosfato de Nucleósidos. Nucleótidos cíclicos (Cyclic nucleotides): véase Nucleótidos. Número de giro topológico (Topological winding number): véase número de Enlace. Nuphara, alcaloides de (Nuphara alkaloids): grupo de alcaloides con un anillo de piperidina o quinolizidina, presentes en diversas especies de nenúfares (Nuphar sp.). Todos contienen un esqueleto sesquiterpénico que se cicliza por la inclusión de otros átomos (nitrógeno, oxígeno o

Nufaramina

Nufaridina

Casto ramina

azufre). Los principales son nufaridina, nufaramina y tiobinufaridina. El castóreo o castor, secreción de los folículos prepuciales del castor, contiene castoramina (Mr 247, p.f. 65-66°C), relacionada con los A.n; no se sabe si lo sintetiza el animal o deriva de los nenúfares de su dieta. Para su síntesis, véase Alcaloides terpénicos. Nutrientes minerales (Mineral nutrients), elementos inorgánicos principales, macroelementos: nutrientes inorgánicos necesarios para los organismos vivos en mayor cantidad que los Elementos traza (véase), que son absorbidos en forma de cationes (Na+, K+, Ca2+, etc.) y aniones (Cl", I", NO^\ SO^T etc). En algunos casos se pueden encontrar en el organismo en grandes concentraciones, p.ej. estructuras esqueléticas como los huesos de los vertebrados, o el ácido silícico del esqueleto de las diatomeas; la epidermis de algunas plantas, como la «cola de caballo» (Equisetum) está tan impregnada de ácido silícico, que si se quema el tejido se obtiene un esqueleto silíceo completo de las células; las paredes celulares de las plantas Characeae tienen incrustaciones de carbonato cálcico. Sin embargo, en los organismos vivos no existen concentraciones locales muy elevadas de elementos inorgánicos en general. 575

Nutrientes traza

Los cationes K+ y Na+, muy móviles, son importantes en el transporte de membrana (véase Bombas iónicas), en el que K+ es el catión intracelular y el Na+ extracelular del mecanismo de transporte activo. El Cl~ es un anión intra y extracelular y es el contraión del H+ en la producción de H+C1~ en el estómago. El calcio es componente estructural de los huesos; también se encuentra como pedinato de calcio en la lámina central (membrana primordial) de la pared celular de las plantas; en ellas, actúa como agente captador de oxalato y lo almacena en forma de cristales de oxalato càlcico; es también importante en el proceso de la contracción muscular. El Magnesio (véase) es necesario para

576

la actividad de muchas enzimas, está implicado en la formación de los huesos y es componente de la clorofila. Nutrientes traza (Trace nutrients), micronutrientes: término general para cualquier componente esencial de la dieta que se requiere en pequeñas cantidades, como los Elementos traza y las Vitaminas (véanse). Su deficiencia produce síntomas de deficiencia, p.ej., las enfermedades por deficiencia de vitaminas. Tienen actividad catalítica o son precursores de sustancias catalíticamente activas en el organismo. La inclusión de los aminoácidos esenciales en este grupo de nutrientes es equívoca. Los principios potenciadores del sabor no son N.t.

o

Ocimeno (Ocimene): hidrocarburo monoterpeno triplemente insaturado, componente de muchos aceites esenciales. Es un líquido oleoso, M 136,24, p.e. 176-178°C, p15 0,8031, «¿8 1,4857. Es isómero del Mirceno (véase), del que se diferencia por la posición del doble enlace. Ocnaflavona (Ochnaflavone): véase Biflavonoides. Ocratoxinas (Ochratoxins): micotoxinas producidas por Aspergillus ochraceus durante la putrefacción de los alimentos. En ratas y ratones, produce lesiones acusadas en el hígado. La O.B es el derivado sin cloro de la O.A (Fig.) y la O.C el éster de etilo de la O.A.

\ — c h 2 — CH—NH—CO COOH

ci Ocraíoxina A D-Octopina (D-Octopine): N - a - ( l - c a r b o xietil)-arginina, N 2 -(D-1 -carboxietil)-L-arginina. Ai 246,3, p.f. 262-263°C (d.), [a]¿ 4 +20,6 (c = 1, agua). Se encuentra en los músculos de ciertos invertebrados, p.ej., Octopus, Pecten maximus, Sipunculus nudus, donde actúa como análogo fun-

R= R=

NH2-(CH2)3-,

Ácido octopínico

R=

NH2-(CH2)4-,

Lisopina

R=

p N

=t-CH2-,

Octopina

Histopina

NH

R=

NH II NH2-C-NH(CH2)3-

Nopalina

R=

NH2-(CH2)3-,

Ácido nopalínico u Omalina

Familia de la nopalina

R-CH-COOH I NH I HOOC-(CH2)2-CH-COOH

i

O

NH II NH2-C-NH(CH2)3-,

Familia de la octopina

R-CH-COOH I NH I CH3-CH-COOH

OH

577

Octopínico, ácido

cional del ácido láctico, es decir, el NADH producido durante la glicólisis se oxida a NAD durante la síntesis de D-O., y el NAD se reduce a NADH por procedimiento inverso. Se biosintetiza a partir de piruvato y arginina por condensación reductora, catalizada por una deshidrogenasa inespecífica NADH-dependiente. La D-O. se encuentra también en ciertos tumores vegetales inducidos por Agrobacterium tumefaciens. Esta bacteria induce tumores en plantas dicotiledóneas transfiriendo un plásmido bacteriano grande (denominado plásmido T ) a la célula eucariótica. En el tejido transformado, el plásmido T. determina la síntesis de aminoácidos nuevos, sustratos específicos para la bacteria, que pueden ser D-O. y compuestos relacionados («familia de la octapina»), o nopalina y ácido

Ácido mevalónico x 5 I I (véaseTerpenos) ch

H,C r

*

3

c

n

ch

ch3

T

• = Carbono del [2-,4C] ácido mevalónico T = 3H del [4R-3H] ácido mevalónico

ch

c

2

ch

n

2

!

nopalínico («familia de la nopalina»), pero no ambos. Octopínico, ácido (Octopinic acid): véase DOctopina. Oenina (Oenin): véase Malvidina. Oestradiol: véase Estradiol. Oestriol: véase Estriol. Oestrógeno (Oestrogen): véase Estrògeno. Oestrona (Oestrone): véase Estrona. Ofiobolanos (Ophiobolanes): fitotoxinas sesterpénicas presentes en diversas especies de Helminthosporum y Cochliobolus. El primer representante que se aisló fue la ofiobolina A (ofiobolina, cocliobolina, cocliobolina A), que se cree es responsable de algunos de los síntomas del tizón del maíz causados por Helminthosporum mayáis. La biosíntesis se realiza por unión cabe-

ch

3

x

c T

c h

2

x

CH3

3

c

ch

2

^ c

T

J

todo-fra/is-Geranilfamesilpirofosfato I j :(¿a través del 2-c/s-Geranilfamesilpirofosfato?) I

T

Ofiobolina F (de Cochliobolus heterostrophus) 21

23 CH,

H ' '

16

17

16

oc. 2 -? u .o-CH

Ofiobolina C (Zizanina A) (de Helminthosporum zizaniae) H

OHC

Oxígeno del C-14 derivado del 0 2 atmosférico

Ofiobolina A (Cocliobolina A) (de Helminthosporum maydis)

Biosíntesis de ofiobolanos. 578

Ofiobolina B (Cocliobolina B, Ofiobolisina A, Zizanina B) (de Cochliobolus heterostrophus Helminthosporum zizaniae, H. oryzae)

Oligosacarinas

za-cola de 5 unidades de isopreno, formando todoíra/w-geranilfarnesilpirofosfato (Fig.). No está claro si la isomerización (para conseguir la estereoquímica observada de los O.) se realiza antes o después de la ciclización del pirofosfato de geranilfarnesilo; la estereoquímica del doble enlace 7,8 de la ofiobolina F (Fig.) es incierta. Las bioconversiones y la incorporación de mareajes que se muestran en la Figura se estudiaron en cultivos de hongos. Se han aislado otras ofiobolinas, que se diferencian principalmente por la presencia o ausencia de oxígeno en el C-14 y el grado de oxidación del C-21 [A. Stoessel en Toxins in Plant Disease, R.D. Durbin (ed.) (Academic Press, 1981) pp. 178-181], Oiticica, aceite de (Oiticica oil): grasa de la semilla de Licania rígida, árbol originario de las regiones semiáridas del noreste de Brasil. El ácido Licánico (véase) representa el 50-80% de los ácidos grasos esterificados totales del A.o. Contiene también los ácidos palmítico, esteárico, oleico y eleoesteárico esterificados. Okazaki, fragmentos de (Okazaki fragmentó): véase ácido Desoxirribonucleico. Oleandomicina (Oleandomycin): antibiótico Macrólido (véase). 5a-01eano (5 a-OIeane): véase Amirina. Oleanólico, ácido (Oleanolic acid): Triterpeno (véase) pentacíclico monoinsaturado con un grupo ácido carboxílico. M 456,71, p.f. 310°C, [oc]D +80° (metanol). Se diferencia estructuralmente de la P-amirina por la presencia de un grupo carboxilo en lugar del grupo metilo 28 (véase Amirina). Se encuentra libre, esterificado con ácido acético o como aglicona de saponinas triterpénicas (véase Saponinas), en muchas plantas, p.ej., remolacha azucarera, arándano, muérdago, clavo y cactus. Oleico, ácido (Oleic acid): ácido A9-octadecanoico, CH3-(CH2)7-CH = CH-(CH)?-COOH, el ácido graso insaturado natural más ampliamente distribuido. Ai 282,45, p.f. 13°C, p.e.1() 223°C. El doble enlace tiene configuración cis. El isómero trans se llama ácido elaídico. El A.o. está presente en prácticamente todos los acilgliceroles de almacenamiento y en las grasas lácteas, y es componente de los fosfolípidos. Oleorresinas (Oleoresins): véase Bálsamos. Oligofrenia fenilpirúvica (Phenylpyruvic oligophrenia): véase L-Fenilalanina. Oligo-l,6-glucosidasa (01igo-l,6-glucosidase): véase Dextrina 6-a-D-glucanohidrolasa.

Oligonucleotides (Oligonucleotides): secuencias lineales de hasta 20 nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Un grupo fosfato une la posición 3' de cada nucleótido a la posición 5' del siguiente. En las unidades terminales, las posiciones respectivas 3' y 5' pueden estar libres (es decir con grupos OH) o fosforiladas. Se denominan según su longitud, o sea, di-, tri-, tetra-, pentanucleótidos, etc. Las secuencias lineales de más de 20 unidades de nucleótidos se llaman Polinucleótidos (véase). Oligopéptidos (Oligopeptides): véase Péptidos. Oligosacáridos (Oligosaccharides): véase Glícidos. Oligosacaridosis (Oligosaccharidosis): véase Errores congénitos del metabolismo. Oligosacarinas (Oligosaccharins): oligosacáridos de composición específica que modulan del comportamiento celular en plantas. Se cree que controlan el crecimiento, desarrollo, la reproducción y la defensa. Están presentes en los productos de la digestión enzimàtica y àcida, y en preparaciones tratadas con calor, de los polisacáridos de la pared celular de plantas y hongos. Tales preparaciones contienen pequeñas cantidades de material activo junto a grandes cantidades de sustancias inactivas de estructura muy similar, de manera que el proceso de aislamiento y caracterización de las O. ha sido lento. Las O. son específicas, a diferencia de otras hormonas vegetales que son pleiotrópicas. Hormonas, como auxina y giberelina, activan enzimas que liberan O. de las paredes celulares. Por ejemplo, la auxina estimula el crecimiento de los tallos de soja y aumenta 50 veces una enzima que libera material activo a partir del xiloglicano de la pared celular; la auxina estimula el crecimiento de la punta de los brotes y las O. son transportadas tallo abajo e inhiben el crecimiento de yemas laterales, haciendo que predomine el crecimiento apical. Se ha comprobado que las O. inhiben la floración, promueven el crecimiento vegetativo y controlan el desarrollo de los órganos en cultivos de tejidos vegetales. Las concentraciones efectivas de O. son 100-1.000 veces menores que las de otras hormonas vegetales como auxinas, citocininas y giberelinas. Se cree que las O. promueven también la síntesis de Fitoalexinas (véase); para ello, se pueden liberar O.: 1. de la pared celular del organismo invasor por las enzimas del huésped, 2. de las pa579

Omatinas

P-D-Glcp-(1—6)-p-D-Glcp-(l-.6)-p-D-Glcp-(l—6)-p-D-Glcp-(l—6)- Glucitol 3 3 í í 1 1 P-D-Glcp p-D-Glcp Heptaglucósido de la pared celular de Phytophthora megasperma. Este oligosacárido, que estimula la síntesis de fitoalexina en Glycine max, se aisló por digestión ácida de la pared celular del hongo [J.K. Sharp et al., J. Biol. Chem. 259 (1984) 11321-11336],

redes celulares del huésped por enzimas del organismo invasor, y 3. de las paredes celulares del huésped por enzimas liberadas en el propio huésped tras daño celular. Se ha caracterizado un hexaglucopiranosilglucitol, liberado de la pared celular de Phytophthora megasperma f.sp. glycinea por hidrólisis ácida, que se ha demostrado altamente activo (10 ng aplicados a 1 g de tejido vegetal es eficaz) promoviendo la transcripción del mRNA que codifica las enzimas de la síntesis de fitoalexina en Glycine max. Es el primer oligosacárido que actúa como molécula reguladora en plantas que se ha caracterizado por completo. Se supone que O. similares se liberan enzimáticamente. Otras O. activas induciendo la formación de fitoalexinas parecen ser oligosacáridos lineales del ácido galacturónico, derivados de la pared celular del huésped (p.tj., Ricinus) por enzimas fúngicos. Una enzima del patógeno vegetal Erwinia carotovoris libera también oligogalacturónidos de las paredes celulares de Glycine max y otros huéspedes. [A.G. Darvill & P. Albersheim, Ann. Rev. Plant Physiol. 35 (1984) 243-275; P. Albersheim & A.G. Darvill Scientific American 253 (1985) 58-73; D.A. Smith& S.W. Banks,Phytochemistry 25 (1986) 979-995], Omatinas (Ommatiiis): véase Omocromos. Ominas (Ommins): véase Omocromos. Omocromos (Ommochromes): pigmentos naturales que contienen el anillo fenoxazona, cuyos colores varían desde el amarillo al rojo o violeta. Son especialmente comunes en los Arthropoda, aunque no están limitados a ellos, y deben su nombre a su presencia en los omatidios de los ojos de los insectos. Se dividen en dos grupos: omatinas dializables, lábiles a los álcalis y de baja M, y ominas, estables a los álcalis, de alta M . En el organismo están a menudo unidos a proteínas en forma de gránulos de cromoproteínas. La dihidroxantomatina cristalina se preparó por primera vez a partir del meconio (secreción post580

pupal) de la pequeña mariposa carey (Variessa urticae). Es un pigmento de los ojos de todos los insectos, acompañado en la mayoría de los órdenes por cantidades mayores de omina. En los ojos de muchos Díptera (Calliphora erythrocephala, Syrphus pyrastri, Musca domestica, Drosophila melanogaster), la xantomatina es el único O. La rodomatina (O-glicósido de dihidroxantomatina) se ha encontrado sólo en los Lepidoptera; está presente en las alas de los Nymphalidae, donde contribuye en gran medida a la pigmentación, pero está ausente en los ojos y todas las demás estructuras ectodermales. Está también presente en el meconio en forma de sales de amonio solubles, que es de donde se obtuvo por primera vez. Las grandes cantidades de xantomatina encontradas en el meconio derivaban probablemente de la omatina D, y es dudoso que la xantomatina se encuentre en las secreciones naturales. Se ha identificado también xantomatina en los huevos del gusano marino Urechis caupo (Echiuridae), y en cantidades muy pequeñas, junto con omina, en algunos crustáceos. La omina se ha encontrado en todos los órdenes de, Insecto y Crustaceae estudiados hasta ahora, siendo especialmente común en los cangrejos, arañas, insectos y cefalópodos, y está también presente en la epidermis de Cragnon, Limulus y Gryllus, pero no en Carcinus y Portunus. También está presente en los ojos y la piel, pero no en la tinta, de Sepia officianalis (Cephalopoda). Aproximadamente el 75% del pigmento conocido como omina contiene un componente violetanegro denominado omina A. Los O. derivan biosintéticamente de la 3hidroxiquinurenina, un producto intermedio del metabolismo del L-Triptófano (véase). El anillo fenoxazina se forma por acoplamiento oxidativo de dos moléculas de 3-hidroxiquinurenina; es una reacción general de los o-aminofenoles que se pueden oxidar, química o enzimáticamente, a feno-

Oncogenes

COOH

COOH

I

CHNH, COOH

COOH Reducción Oxidación Xantomatina (amarillo-marrón)

R = H, Dihidroxantomatina (roja) R = S0 3 H, Omatina (raja) R = 1-glucosilo, Rodomatina (roja)

R =CO—CH¡— CH(NHj)-COOH Omina A (violeta-negra)

xazonas. La posterior ciclización de una cadena lateral produce el anillo quinolina presente también en las omatinas. Se conocen mutantes de muchos insectos en los que la síntesis de O. es defectuosa, que se suelen denominar por el color anormal del ojo. La mutación puede afectar a la conversión de L-triptófano en N-formilquinurenina (p.ej., la mutación ojo blanco de Periplaneta americana), de Nformilquinurenina en quinurenina (p.ej., la mutación a de Ephistia kühniella), de quinurenina en 3-hidroxiquinurenina (p.ej., la mutacióncinnabar de Drosophila melanogaster), de 3-hidroxiquinurenina en O. (p.ej., la mutación blanco-2 de Bombyx mori)\ también puede afectar a la síntesis de la proteína que une los O. (p.ej., la mutación wa de Ephestia kühniella). El conocimiento actual de la estructura y la bioquímica de los O. se debe fundamentalmente al trabajo de Butenandt et al. OMP: abrev. de 5'-monofosfato de Orditina. Oncogenes (Oncogenes): genes que inducen la transformación neoplásica de las células en ciertas condiciones. Se identificaron primero como las secuencias de ácido nucleico necesarias para la oncogenicidad de ciertos virus; cepas de estos virus en las que faltaban estos genes, o estaban alterados, no podían transformar células in vitro ni inducir tumores in vivo. Enseguida se supo que los O. de retrovirus (virus de RNA cuyos genomas

se transcriben a DNA de hebra sencilla en las células infectadas, el cual se replica para formar DNA de cadena doble que se integra en un cromosoma, estado en el que se conoce como provirus) son homólogos a genes celulares altamente conservados en la evolución. Estos se llaman proto-oncogenes; aparentemente, una cepa de virus puede hacerse oncogénica por la incorporación de uno o más proto-oncogenes en su genoma. Por norma, el proceso no conserva el proto-O. entero. Son comunes las deleciones y las fusiones con genes víricos, igual que las mutaciones puntuales. Los virus tumorales de DNA, como el polioma, el adenovirus y el SV40, también contienen O., de los que no se han descubierto homólogos en los genomas de vertebrados. También se han identificado O. celulares en tumores analizando la capacidad de su DNA de transformar células en cultivo. (Los O. virales se denominan \-onc, y el gen celular correspondiente c-one, p.ej., \-myc y c-myc). Un c-proto-onc no causa tumores; por tanto, un c-one ha debido modificarse de alguna manera por mutación, por cambios en el mecanismo regulador que controla su expresión, o por ambos. Se ha postulado que la activación de un c-one es el mecanismo por el que carcinógenos químicos y radiaciones inducen cánceres; otra posibilidad es que el mutágeno active un provirus genómico que no se había expresado. 581

Oncogenes La activación del proto-onc puede ocurrir por mutación, por reorganización del D N A o por inserción de un segmento de D N A viral al lado del c-onc del cromosoma. En los dos últimos casos, el c-onc se pone bajo el control de un promotor extraño. Por ejemplo, en el linfoma de Burkitt y en la leucemia mieloide crónica humana, se ha observado que frecuentemente se ha producido intercambio de cromátidas entre cromosomas no homólogos. En algunas leucemias de células B, el O. ha entrado bajo el control del promotor y potenciador de la inmunoglobulina. Es posible que en la mayoría de los casos se necesite tanto la mutación como cambios de la expresión, ya que, generalmente, la transformación in vivo parece ser un proceso de varias etapas. En algunos casos es necesario que haya dos o más O. en un virus para que sea capaz de transformar células in vitro, especialmente en el caso de células primarias (es decir, células obtenidas directamente de un animal y cultivadas brevemente in vitro)', así ocurre in vivo generalmente. Algunos O. pueden inducir por sí mismos la transformación de ciertas líneas celulares in vitro. El análisis estándar de la capacidad transformante del D N A es la transfección de células NIH 3T3, que es una línea celular de ratón. Algunos autores arguyen que estas células ya han dado el primer paso hacia la neoplasticidad, y que la capacidad de un O. de transformar las células NIH 3T3 in vitro no demuestra que puedan inducir cáncer in vivo en ausencia de otros factores oncogénicos. Se desconoce la función normal de la mayoría de los proto-oncogenes. Se cree que el descubrimiento de tal función podría sugerir el(los) mecanismo(s) por los que los O. inducen cáncer. Se piensa que los proto-O. son esenciales para el crecimiento y la diferenciación celular; sus mutaciones o su expresión inadecuada pueden producir inmortalidad celular y/o ausencia de diferenciación. Se han identificado unos 20 O., de los que se describen más adelante los más estudiados. Por convención, los productos de estos genes se denominan por las letras «p», «gp» o «pp» para identificar «proteína», «glicoproteína» y «fosfoproteína», r e s p e c t i v a m e n t e , seguidas por la M r aproximada (en kilodaltons). Un superíndice a la derecha del símbolo indica el gen que codifica la proteína, p.ej., pp60 ,n: es una fosfoproteína de M r 60.000 codificada por el gen src. Los productos de genes fusionados se indican por superíndices 582

con guión, p.ej., gpl80i"í""/"tt es una glicoproteína de Ai 180.000 producto de la fusión del gen viral gag y el proto-oncogén fms. En la lista siguiente, después del nombre del gen se indican entre paréntesis el virus en el que se aisló por primera vez el v-o/ic y la especie infectada. src (virus del sarcoma de Rous; pollos). El producto proteico, ppóO"1, es una Proteína quinasa de tirosina (véase). Los 19 aminoácidos C-terminales de la pp60 c ,,r están reemplazados por 12 nuevos en el gen viral, la mayoría de los cuales están codificados por una secuencia unas 1 kb más adelante del gen c-src. El extremo 3' del c-src inhibe la transcripción del gen. En la voz Proteínas quinasa específicas de tirosina se recogen otras proteínas de este tipo codificadas por otros O. La pp60 es una proteína miristilada que se une a la membrana plasmática por su residuo de ácido mirístico. La pérdida del residuo miristilo por mutación implica también la pérdida de la oncogenicidad. mos (virus del sarcoma de Moloney; ratones). Presenta homologías con el src, pero su producto parece no ser una quinasa de tirosina. El c-mos no inicia la transformación; se diferencia del \-mos en varios lugares de su transcripción y se inhibe también por secuencias anteriores. El \-mos necesita secuencias LTR (repetidas terminales largas) del virus para su actividad transformante; hay 1-10 copias por célula. No se ha descubierto el producto de la expresión del c-mos. fms (virus del sarcoma felino de McDonough). Codifica una glicoproteína que está relacionada o es idéntica al receptor del factor estimulante de colonias [R.L. Mitchelleía/., Celi45 (1986)497504]. Tiene actividad de tirosina quinasa in vitro, que no se ha demostrado in vivo. Al purificar la proteína se obtiene junto a proteínas de los filamentos intermedios, y su localización en la célula (por inmunofluorescencia doble) corresponde estrechamente a la de la vimentina y la queratina, pero no a la de la actina. El c - f m s se expresa en cantidades detectables en los tejidos extraembrionarios de los ratones, pero no en el feto ni el ratón adulto. Los v-yes (virus del sarcoma aviar Y73), v-fps (Virus del sarcoma de Fujinami), v-fgr (virus del sarcoma felino de Rasheed), v-abl (virus de la leucemia de roedores de Abelson) y v-ros (virus del sarcoma aviar UR2) muestran cierto grado de a n a l o g í a e n t r e sí. T o d o s c o d i f i c a n t i r o s i n a quinasas, y hay un homólogo celular para cada

Operón

uno de ellos. Todos pueden transformar células in vitro independientemente. En el caso del \-fps y el homólogo \-fes del virus del sarcoma felino, se ha demostrado que la actividad de tirosina quinasa de sus productos es necesaria para la iniciación de la transformación por el virus que los porta. El producto pl30 del \-fps no es una proteína integral de membrana, pero parece estar unida a ella o al citoesqueleto. La infección de los progenitores de macrófagos de pollo con retrovirus que transportan \-fps facilita su diferenciación en ausencia del factor estimulante de colonias de macròfago en el medio. myc (virus de la mielocitomatosis aviar). Otros virus de tumores aviares que contienen el \-myc causan leucemia, carcinomas y sarcomas. Tienen en común una secuencia de 1,6 kb en el extremo 3', la misma que el c-myc. Sin embargo, los extremos 5' de los genes virales y celulares difieren. En el genoma humano, el c-myc está normalmente en el cromosoma 8, cerca del punto por donde este cromosoma se rompe y se transfiere al cromosoma 14 en el linfoma de Burkitt. El c-myc se expresa en células normales de aves y mamíferos y su producto se localiza en el núcleo. Una expresión excesiva en el ratón transgénico no impide el desarrollo normal pero hace al animal altamente susceptible a numerosos tipos diferentes de tumores [A. Leder et al., Celi 45 (1986) 485-495], myb (virus de la mieloblastosis aviar, que causa leucemia en los pollos). El gen viral codifica una proteína de Mr 48.000 (localizada en el núcleo), mientras que el proto-oncogén codifica una pl 10 y se expresa en las células hematopoyéticas. Está lejanamente relacionado con el myc y el oncogén de adenovirus EIA, con 15-20% de homología entre las proteínas. v-mht (retrovirus aviar MH2, que contiene este O. y el myc). erb (virus de la eritroblastosis (leucemia aguda) aviar). Codifica dos proteínas, A y B. La p75 erb a s e encuentra en las células transformadas; el tercio N-terminal de esta proteína es el producto del gen viral gag. La erb B, proteína que se encuentra en las membranas, es prácticamente idéntica a la parte de tirosina quinasa de la molécula receptora del factor de crecimiento epidérmico, pero no tiene actividad de tirosina quinasa in vitro. v-sis (virus del sarcoma de simios). Codifica una proteína relacionada estructuralmente con la cadena P del factor de crecimiento derivado de las plaquetas. El c-sis está localizado en el cromosoma 22 en el genoma humano; se transfiere al cromo-

soma 9 en la traslocación Filadelfia asociada con la leucemia mieloide humana. reí (virus de la retículoendoteliosis aviar). El crel se expresa en las células normales de pollo; existen diversas mutaciones en el \-rel con respecto al c-reí. fas (virus del sarcoma de roedores). Los 332 residuos de aminoácidos N-terminales de la p v/i " (localizada en el núcleo) son idénticos a la parte correspondiente de la proteína de c-fas, sin embargo en el gen viral hay una deleción que desplaza su patrón de lectura y hace que los 49 aminoácidos C-terminales sean completamente diferentes a los del proto-oncogén. El c-fas se expresa en la placenta y en las membranas extraembrionarias de los fetos de ratón. También se expresa en los huesos, músculos, piel y tejidos conectivos del ratón neonato. Se expresa transitoriamente en las células en reposo tratadas con mitógenos. Hay tres formas del gen ras: Ha-ras (virus del sarcoma de roedores Harvey), YÁ-ras (virus del sarcoma de roedores Kirsten), N-ras del DNA de algunas células tumorales. El genoma humano contiene versiones celulares de los tres genes, y los genes transformantes aislados en tumores humanos derivan a menudo de la familia ras. La proteína codificada por los genes está formada por 189 residuos de aminoácidos, y se denomina «p21 r "V La p21N r'" se une al GDP y se fosforila; las proteínas de membrana con estas propiedades están con frecuencia implicadas en la transducción de señales celulares. Se ha descubierto que la inyección de la proteína c-Ha-raí o la v-Ha-ratí en fibroblastos in vitro induce el plegamiento de la membrana y pinocitosis; sin embargo, los efectos del producto del gen celular son de mucha menor duración que los del producto del oncogén. El efecto es Ca-dependiente y aparentemente implica a la ruta de señales del fosfato de Inositol (véase) [D. Bar-Sagi & J.R. Feramisco, Science 233 (1986) 1061-1068; G.F. Vande Woude et al., eds., Oncogenes and Viral Genes, vol. 2 of Cáncer Cells (Cold Spring Harbor Laboratory, 1984)]. Oncovina (Oncovin): véase Vincristina. Onicos, ácidos (Onic acids): véase ácidos Aldónicos. Ononina (Ononin): formonetina 7-glucósido, véase Isoflavona. Operador (Operator): véase Operón. Operón (Operon): grupo de genes vecinos que representan una unidad funcional. Un operón con583

Opio

tiene: 1. genes estructurales (S, a S4 en la Fig.), que codifican las estructuras primarías de las proteínas enzimáticas que catalizan las sucesivas etapas de una ruta metabòlica, p.ej., las enzimas de la biosíntesis de un aminoácido. El producto primario de la transcripción de este grupo de genes es un mRNA policistrónico; por tanto, el control de la transcripción afecta a todos los genes estructurales de la misma manera. 2. El Promotor (P en la Fig.) es el punto inicial de la transcripción. Esta sección del DNA es «reconocida» por la RNA polimerasa con ayuda del factor sigma. La afinidad del promotor por la RNA polimerasa (aparentemente determinada por la estructura del promotor) es uno de los factores que regulan la frecuencia transcripcional del operón. Cuando la RNA polimerasa se ha unido al promotor, debe pasar a través de la región del operador para llegar a la región de los genes estructurales.

Operón R

P

0

S,

S2

S3

54

Representación esquemática de un operón

3. El operador (O en la Fig.) es el gen de control para la función (es decir, la transcripción) de los genes estructurales. Puede unir la proteína represora, que es el producto del gen regulador (R en la Fig.). El R no es parte del operón y está localizado en una región distinta del cromosoma. Si una proteína represora específica se une al operador, se bloquea la transcripción de los genes estructurales, ya que la RNA polimerasa no puede llegar hasta ellos, mientras que si el operador está desocupado, sí se puede realizar la transcripción. Los detalles de este mecanismo de control se describen en Inducción enzimàtica y Represión enzimàtica (véanse). La secuencia de nucleótidos del operador de la lactosa fue dilucidada en 1973 por Gilbert y Maxam; el operador es de doble cadena y está formado por los siguientes pares de bases: 5'TGGAATTGTGAGCGGATAACAATT3' 3'ACCTTAACACTCGCCTATTGTTAA5'

584

El modelo del operón fue desarrollado por Jacob y Monod, y solamente se ha demostrado en sistemas procarióticos. Es la base de la explicación de la Inducción enzimàtica y la Represión enzimàtica (véase). Véase también Atenuación. Opio (Opium): látex cuajado o seco dtPapaver somniferum. Los principales constituyentes activos del O. son los alcaloides de Opio (véase). El O. se fuma o se prepara para ingerirlo o inyectarlo. Su uso incontrolado produce adicción y deterioro de la personalidad. La acción del O. es esencialmente similar a la de su constituyente Morfina (véase), aunque más débil. Opio, alcaloides del (Opium alkaloids): alcaloides de Papaveraceae (véase) que se encuentran en el opio. Hay unos 40 A.o. diferentes; los principales son Morfina, Codeina y Papaverina (véase). Anualmente se producen más de 1.000 toneladas de morfina. En la actualidad, para la extracción de A.o. se usa también la paja de la planta de amapola, lo cual representa aproximadamente un tercio de la producción anual de morfina. Opsina (Opsin): véase Vitaminas (Vitamina A). Opsonina (Opsonin): nombre dado por Wright y Douglas, en 1903, al material termoestable presente en el suero que estimula la fagocitosis de las bacterias. Se demostró que actúa directamente sobre las bacterias y no sobre los fagocitos. Es probablemente idéntica al C3b del sistema del complemento (véase Opsonización), aunque otros componentes del complemento puede ser también activos en menor escala. Además de su papel en la opsonización de los complejos inmunes, el C3b puede unirse a diversas estructuras, como eritrocitos extraños y células bacterianas y hacer que se fagociten más rápidamente por adherencia inmune a los fagocitos. Opsonización (Opsonization): capacidad del suero de hacer que un complejo inmune sea fagocitado más rápidamente. Es una propiedad del sistema del Complemento (véase). Aunque los complejos inmunes pueden ser fagocitados, su interacción con el complemento aumenta grandemente la tasa. El componente C3b (el C3 activado del sistema del complemento) tiene uno o varios lugares lábiles de unión que permiten que se una fuertemente a los complejos antígeno-anticuerpo (adherencia opsónica). Otros lugares de unión estables del C3b permiten que el complejo inmune opsonizado se una a los leucocitos polimorfonucleares, a los monocitos y a los macrófagos (adherencia inmune); esta unión hace

Orcinol

que la fagocitosis aumente. La fagocitosis se puede suprimir por inhibidores metabólicos, mientras que la adherencia inmune y opsónica (debido a la interacción físico química del receptor y los lugares de unión) no se afecta. Orcinol (Orchinol): 9,10-dihidro-2,4-dimetoxi7-fenantrol, una fitoalexina. Lo forma la orquídea Orchis militaris como defensa contra la infección por el hongo Rhizoctonia repens. El hircinol (9,10-dihidro-4-metoxifenantreno-2,5-

diol), estructuralmente relacionado, lo forma la orquídea Himantoglossum (Loroglossum) hircinum contra la infección por Rhizoctonia. El hircinol y el O. se biosintetizan a través de fenilalanina y ácido m-hidroxifenilpropiónico por la denominada «ruta del ácido m-cumárico» (Fig.) También se ha encontrado hircinol en la piel de Dioscorea rotondata, junto con los compuestos relacionados batatasinas. Éstas se han identificado como los principios que inducen aletargamiento

H2N^.COOH

m-(OH) fenil-

propionil-CoA

Parte se convierte en 3,3', 5-trihidroxiestilbeno

Bibencilo sintasa

p-Cumaroil-CoA

HO^ c/s-Resveratrol (un trihidroxiestilbeno)

I

OCH3

metilaciones

H3CO

V

OH /so-Batatasina I (un fenantreno)

Biosíntesis

OH Orcinol

de orcinol, hircinol y

batatasinas.

585

ORD

en los bulbos del ñame, Dioscorea batatas. Las batatasinas, con el hircinol, pueden también proteger contra los ataques fungicos, ya que inhiben el crecimiento de Clasdosporium cladosporioides y de ciertos patógenos de las raíces blandas del ñame. Varias batatasinas son dihidroestilbenos (p.ej., batatasina III), que, como el O. y el hircinol, tienen un precursor de dihidroestilbeno (Fig.). La batatasina I, un fenantreno, se encuentra en los tubérculos de muchas especies de Dioscorea, y se ha encontrado también en Tamus communis (Dioscoreaceae). Véase Estilbenos. [K.H. Fritzmeier & H. Kindl Eur. J. Biochem. 133 (1983) 545-550; K.H. Frtizmeier et al., Z. Naturforsch. 39c (1984) 217-221], ORD: abrev. de Dispersión Rotatoria Óptica. Ord: abrev. de Orotidina. Ordenamiento antiparalelo (Antiparallel arrangement): véase Polaridad de la hebra. Organismo defectivo (Defective organism): término utilizado a veces para referirse a un Mutante auxótrofo (véase). Organismos ureotélicos (Ureotelic organisms): véase detoxificación del Amoníaco. Organizador nucleolar (Nucleolus organizer): región específica de uno o más cromosomas eucarióticos donde se forma el nucléolo. El DNA de esta región codifica el RNA ribosómico. Organotrofia (Organotrophy): véase Fisiología nutricional de los microorganismos. Oricenina (Orycenin): véase Glutelinas. Orina tipo jarabe de arce, enfermedad de la (Maple syrup uriñe disease): véase Errores congénitos del metabolismo. Orn: abrev. de L-Ornitina. Ornalina (Ornaline): véase D-Octopina. L-Ornitina (L-Ornithine), abrev. Orn: ácido a,8-diaminovalérico, ácido 2,5-diaminopentanoico, aminoácido no proteogénico. En mamíferos, es un intermediario en el ciclo de la Urea (véase), y precursora de Poliaminas (véase). También es intermediario en la síntesis de Arginina (véase) en todos los organismos que la realizan. En unos pocos microorganismos se puede formar Orn a partir de citrulina por acción de la citrulina fosforilasa. Diversos antibióticos contienen Orn, p.ej., el péptido gramicidina S. La 2-N-acetil-L-ornitina es un intermediario en la síntesis de arginina a partir de ácido glutámico en microorganismos, y un importante efector alostérico de la fosfato de carbamilo sintetasa. La 5-iV-acetil-L-ornitina, que se encuentra en diver586

sas plantas, es un aminoácido no proteogénico y análogo estructural de la citrulina. Ornitina, ciclo de la (Ornithine cycle): véase ciclo de la Urea. Ornitinemia (Ornithinemia): véase Errores congénitos del metabolismo. Oro: abrev. de Ácido orático. Orobol (Orobol): 3',4',5,7-tetrahidroxiisoflavona, véase Isoflavona. Orosomucoide (Orosomucoid), a,-seromucoide, a-glicoproteina àcida, abrev. a¡AGp: proteína plasmática de mamíferos y aves. Contiene aproximadamente 38% de glícidos y es la proteína plasmática más rica en glícidos y soluble en agua. La fracción seromucoide de la sangre consiste en O. y otras proteínas ricas en glícidos (inactivador-Cl y hemopexina). El aumento del nivel sanguíneo de O. y de la fracción seromucoide total están asociados con inflamación, embarazo y diversos estados patológicos, tales como cáncer, pneumonía y artritis reumatoide. Tras cirugía mayor, se producen niveles altos de O. hasta que cicatriza la herida. La O. contiene también ciertos esteroides, especialmente progesterona, pero su afinidad de unión es menor que la del corticoesteroide que une globulina. Las membranas de las plaquetas humanas contienen cantidades considerables de O. fuertemente unida. La O. humana es una glicoproteina de cadena sencilla (Ai 39.000 por equilibrio de sedimentación, 41.600 por difusión de sedimentación; pH isoiónico 3,5; tiene una acusada capacidad para unir aniones, de manera que el punto isoeléctrico depende del tipo y la concentración de aniones). La cadena proteica contiene 181 residuos de aminoácidos (secuencia primaria: Schmid, K. et al., Biochemistry (1973) 12, 2711-2724), con cinco unidades oligosacáridas unidas a los grupos carboxilo 3 de los residuos de asparaginilo de las posiciones 15, 38,54,75 y 85. La proteína nativa contiene dos puentes disulfuro entre los residuos de cisterna de las posiciones 5 y 147, y 164 y 72. El extremo N-terminal es piroglutaminilo, y el C-terminal serina. La mitad C-terminal de la O. muestra grandes similaridades de secuencia con la cadena a de la haptoglobina y la cadena H de la inmunoglobulina G. Los glícidos de la O. [Schwarzmann, O.H.G. et al, J. Biol. Chem. (1978) 253, 6983-6987] contienen 14 residuos de ácido /V-acetilneuramínico (ácido siálico), unos 34 residuos de hexosas neutras (D-galactosa/D-manosa en relación aproximada 1,4); 31 residuos de N-acetilglucosamina; 2 resi-

Ovoalbúmina

dúos de L-fucosa. El ácido N-acetilneuramínico está situado siempre terminalmente, con un enlace 2-cetosídico; la galactosa ocupa la penúltima posición, unida por enlace P-glucosídico al tercer azúcar, A'-acetilglucosamina. La O. se sintetiza en el hígado. La síntesis de la fracción glicídica se inicia por transferencia de un residuo de Nacetilglucosaminilo a un residuo de asparaginilo cuando la cadena polipeptídica naciente está unida todavía al ribosoma (véase modificación posttraduccional de las Proteínas). Orótica, aciduria (Orotic aciduria): véase Errores congénitos del metabolismo. Orático, ácido (Orotic acid), abrev. oro: ácido uracilo 4-carboxílico. Ai 156,1, p.f. 344-347°C (d.), un intermediario en la biosíntesis de Pirimidina (véase). Se acumula en grandes cantidades durante el crecimiento de mutantes de Neurospora crassa, el cual requiere uridina, citidina o uracilo. Orotidina (Orotidine), abrev. Ord: 3-P-Dribofuranósido de ácido orótico, un Nucleósido (véase) p-glucosídico de D-ribosa y la pirimidina ácido orótico. Mr 288,21, p.f. > 400°C. La sal de ciclohexilamina:' p.f. 184°C, [a]^3 +14,3° (c = 1, agua). No parece ser un intermediario normal del metabolismo de la pirimidina, pero lo producen mutantes de Neurospora crassa. Orotidina, 5'-monofosfato de (Orotidine 5'monophosphate), abrev. OMP: nucleótido de ácido orótico. Mr 368,2. Es un intermediario en la síntesis de Pirimidina (véase). La 5' monofosfato de orotidina pirofosforilasa cataliza la síntesis de OMP a partir de ácido orótico y 1-pirofosfato de 5-fosforribosilo. Ortonil (Orthonil), PRB 8: 2-(P-cloro-Pcianoetil)-6-clorotolueno, un estimulador sintético del crecimiento. Se ha afirmado que el O. causa un aumento del contenido de azúcar de la remolacha azucarera. CL

/

CH3

\-CH2-CH-eN

\ = /

Cl

Ortonil Osajina (Osajin): véase Isoflavona. Osmosis: fenómeno asociado con las membranas semipermeables, especialmente las Biomembranas (véase). Cuando dos soluciones están separadas por una membrana que sólo es permeable a determinados componentes de la solución (p.ej.,

agua), el componente que puede atravesar la membrana lo hará desde el lado en el que su presión parcial es superior hacia el que lo es inferior. El citoplasma es una solución concentrada de sales, azúcares y otras moléculas pequeñas, la mayoría de las cuales no pueden difundir a través de la membrana plasmática, en agua, la cual si puede atravesarla. Por ello, las células de los organismos de aguas dulces, y las de los pelos de las raíces de las plantas, experimentan una entrada de agua hasta que la presión interior de la célula se iguala con la del exterior. Los animales unicelulares de aguas dulces expulsan el exceso de agua por medio de vacuolas contráctiles; los animales pluricelulares la excretan a través de sus riftones. Las células vegetales están rodeadas por una Pared celular (véase) rígida, que las permite soportar la alta presión interna originada por la O. sin estallar. Las plantas superiores terrestres utilizan el gradiente de presión creado por la O. para conducir la savia desde las raíces hacia arriba. Los organismos de aguas saladas viven en un medio en el que la concentración de sales en el exterior de las membranas plasmáticas es superior a la del interior, por lo que la O. tiende a deshi-dratarlos en vez de a que estallen, y el organismo debe gastar energía metabolica para excretar sales y mantener una concentración interna menor. Osteocalcina (Osteocalcin): proteína pequeña {M¡ 5.800) que representa el 10-20% de proteína de los huesos. La O. de diversos vertebrados tiene residuos de y-carboxiglutamato (Gla) en las posiciones 17, 21 y 24, y un enlace disulfuro entre los residuos de cisteína de las posiciones 23 y 29. En presencia de Ca2+, la proteína sufre un cambio conformacional de manera que todos los residuos de Gla están en el mismo lado de una hélice a, a 5,4 À de distancia. Esta distancia es similar a la de los átomos de Ca adyacentes en la hidroxiapatita, que es la parte mineral del hueso, por lo que se cree que la O. interviene en el proceso de mineralización del mismo. Se sintetiza en el hueso y también se encuentran pequeñas cantidades en la sangre. Ostreasterol (Ostreasterol): véase Calinasterol. Ouabagenina (Ouabagenin): véase Estrofantinas. Ouabaína (Ouabain): véase Estrofantinas. Ouchterlony, técnica de (Ouchterlony technique): véase Precipitación. Ovoalbúmina (Ovalbumin): véase Albúminas. 587

Ovosiston Ovosiston (Ovosiston): anticonceptivo oral (véase inhibidores de la Ovulación), mezcla de progestina, acetato de Clormadinona y el estrògeno Menastrol (véase). Ovulación, inhibidores de la (Ovulation inhibitors): grupo de esteroides que inhiben la ovulación por inhibición por retroalimentación de la producción de la Hormona luteinizante y/o de la Hormona folículoestimulante (véanse). Se han usado ampliamente como anticonceptivos («pildora»). La mayoría de los I.o. disponibles comercialmente contienen una combinación de progestina, el verdadero I.o., y un estrògeno, que se añade para prevenir las pérdidas intermenstruales. En 1965 se introdujo un I.o. secuencial para simular más exactamente el aumento y disminución normal de estrógenos y progestina en el ciclo menstrual; las primeras 15 pildoras contienen sólo estrògeno, y las 5 últimas una combinación de progestina-estrógeno. Dado que resultaron menos efectivas que los productos combinados y mostraban efectos secundarios indeseables, se eliminaron del mercado de U.S.A. en 1976. La «minipíldora» contiene una dosis baja de progestina (0,075 mg de norgestrel, o 0,35 mg de noretindona) y nada de estrògeno; no tiene apenas efectos secundarios, pero puede producir hemorragias irregulares. También se están haciendo pruebas de I.o para tomar una vez al mes o una vez por semana, y de I.o inyectables. Dado que los estrógenos y progestinas naturales se absorben mal por el intestino, los que se emplean en los I.o. son productos sintéticos que se absorben bien. Son progestinas sintéticas usadas en I.o., noretindona, norgestrel, noretinodrel, diacetato de etinodiol, dimetisterona. Los estrógenos sintéticos son Etinilestradiol, Mestranol (véanse) y etinilestradiol 3-ciclopentenilo éter (quingestanol). Las cantidades usadas son 0,5-5 mg de progestina y 0,05-0,1 mg de estrògeno por pastilla. En el mercado existen diversos anticonceptivos con distintas combinaciones de los estrógenos y progestinas sintéticos indicados arriba. Véase también acetato de Clormadinona. Los I.o. se usan también para el tratamiento de dismenorrea, endometriosis, jaquecas dependientes del ciclo y esterilidad. Oxálico, ácido (Oxalic acid): HOOC-COOH. Se encuentra ampliamente distribuido en forma de sus sales de calcio, magnesio y potasio. Al for588

mar en el intestino sales de calcio insolubles, el A.o. dificulta la absorción del calcio. En grandes cantidades es venenoso. Los animales no pueden metabolizarlo. La excreción diaria normal de A.o. en el hombre es 10-30 mg; niveles superiores pueden producir daño renal (formación de piedras de oxalato en el riñón). El contenido de A.o de frutas y vegetales es generalmente menor de 10 mg/100 g de peso fresco; sin embargo, las hojas de ruibarbo contienen 700 mg y los tallos 300 mg, los tallos de apio llegan hasta 600 mg y las espinacas 60-200 mg/100 g de peso fresco. Se preparó por primera vez, en 1773, a partir de acedera (Oxalis acetosella). Se sintetiza en plantas por oxidación de glioxilato en exceso. Se produce también por escisión oxidativa del fenilpiruvato a benzaldehído y A.o. (una reacción de la conversión de fenilalanina en ácido hipúrico). La bacteria Pseudomonas oxalaticus metaboliza A.o. (vía oxalil-CoA) en una ruta oxidativa y una reductora, que están acopladas y funcionan simultáneamente (Fig. 1); el balance es 2 "OOC-COO2 C0 2 + CHO-COO" + H 2 0. Oxalosis (Oxalosis): véase Errores congénitos del metabolismo.

Figura 1. Metabolismo del oxalato en Pseudomonas oxalaticus.

Oxidación Ácido , ascòrbico (véase)

C H , O H

Glicólisis Gluconeogénesis

If

3-Fosfoglicerato * > J •Si

A D P

ATP

NN A D

+

NADH+H*

+

- T e c .

L-Glicerato

\ * L-Glutamato

A

I ¿¿ c=o I c=o I

a-Cetoglutarato

1.1.1.29

EC 3 . 1 . 3 . 3

EC 2.6.1.51

Hidroxipiruvato

/

H C O H

3-Fosfoserinà

] EC 1.1.1.81

NADH+HV^

H O C H

"EC 2 . 6 . 1 . 5 2

^ J e c 2 , , , I

D-Glicerato N A D

I I

Fosfohidroxipiruvato

/

C H

C O O H

> L-Serina < E "' 1 '"> Glicina

Ácido a,ß-DicetoL-gulónico

2

O H

h o c h i H C O H

I

— ^

C O O H

Alanina

EC 4 . 1 . 1 . 1

Etanolamina-

Glicoaldehído

Piruvato

Ácido L-treónico

Ec uo. 3.3\

Coxaiato Glicolato ^ G l i o x i l a t o E EC 1.1.3.1 EC l'.l! 3.1

Piruvato

A

C O O H ? C C O O H

a-Cetoglutarato

EC í.. 1.3.16

4-Hldroxiprolina - > 4-Hldroxi-a-cetoglutarato (véase)

C H O H C = 0

I

C H

2

C H

2

•

C 0

2

C O O H

2-Hidroxi-ß-cetoadipato (véase 2-Hidroxi-ß-cetoadipato sintasa)

Figura 2. Fuentes metabólicas de oxaiato. El 2-hidroxi-P-cetoadipato es un producto normal de la excreción en el hombre que deriva del glioxilato al convertirse en oxaiato (véase Errores congénitos del metabolismo). EC 1.1.1.27, L-Lactato deshidrogenasa; EC 1.1.1.29, Glicerato deshidrogenasa; EC 1.1.1.81, Hidroxipiruvato reductasa; EC 1.1.1.95, Fosfoglicerato deshidrogenasa; EC 1.1.3.1, Glicolato oxidasa; EC 1.4.3.3, Ácido D-amino oxidasa; EC 1.10.3.3, Ascorbato oxidasa; EC 2.1.2.1, Glicina hidroximetiltransferasa; EC 2.6.1.51, Serina-piruvato aminotransferasa; EC 2.6.1.52, Fosfoserina-cetoglutarato aminotransferasa; EC 2.7.1.31, Glicerato quinasa; EC 3.1.3.3, Fosfoserina fosfatasa; EC 4.1.1.1, Piruvato descarboxilasa; EC 4.1.3.15, 2-Hidroxi-P-cetoadipato sintasa; EC 4.1.3.16, 4-Hidroxi-a-cetoglutarato aldolasa.

Oxalsuccínico, ácido (Oxalosuccinic acid): un ácido P-cetotricarboxílico (ácido a-cetotricarboxílico): COOH

HOO.C —CH2 —CH—CO—COOH

El anión (oxalsuccinato) es un intermediario en la reacción de la isocitrato deshidrogenasa del ciclo TCA (véase). La isocitrato deshidrogenasa cataliza tanto la oxidación del isocitrato a oxalsuccinato como su descarboxilación a a-cetoglutarato. Oxidación (Oxidation): pérdida de electrones. Clásicamente, se definía la O. como la combinación con oxígeno o la eliminación de hidrógeno. Los electrones se transfieren al agente oxidante que se reduce; por tanto, la O. está siempre acoplada a una Reducción (véase), de manera que cualquier O. o reducción es parte de un proceso

de oxidorreducción. En el metabolismo hay diferentes mecanismos de O. catalizados por enzimas, p.ej., deshidrogenación, transferencia de electrones, introducción de oxígeno e hidroxilación (Tabla). El poder oxidante o reductor de una sustancia se indica por su potencial redox (reducción-oxidación), referido al potencial del electrodo de hidrógeno, y es un índice cuantitativo de la afinidad a los electrones (o sea, al poder oxidante) o de la tendencia a perder electrones (o sea, el poder reductor). El potencial estándar definido en físicoquímica, Potencial normal, E (pH = 0, pH2 = 1 atmósfera), es inadecuado para procesos biológicos, y en su lugar, se toma como referencia el Potencial normal Ej a pH 7, que tiene un valor de 0,42 ' volt en la escala E o. El valor E'o es válido sólo en condiciones de reacción estándar, o sea, todos los reactivos en unidad de actividad. Tales condiciones no se dan en las células vivas, y en los 589

Oxidación final

cálculos se incluye el cociente entre las concentraciones de las formas oxidadas y reducidas del par redox. Por tanto, el potencial redox real se expresa:

E = E;+ 0

0,06 n

Ox log — (30°C) Red

El potencial redox está relacionado con la entalpia libre (potencial de Gibbs): A G° = -nFE o , donde n es el cambio de valencia y F la constante de Faraday. A medida que el potencial oxidante aumenta, E' se hace más positiva, de manera que los agentes reductores fuertes se caracterizan por valores de negativos altos, y los agentes oxidantes fuertes por valores positivos altos. Véase la Tabla 3 de la definición de Cadena respiratoria; en ella, los miembros de la cadena respiratoria y de otros sistemas redox biológicos están ordenados según sus potenciales redox. Cada componente de la Tabla es un agente oxidante más poderoso que los que le preceden. Oxidación final (End oxidation), oxidación terminal: última etapa del catabolismo. En células de respiración aeróbica se realiza por el ciclo TCA. Oxidasas (Oxidases): oxidorreductasas (véase Enzimas) que usan el oxígeno molecular como aceptor de electrones. Véase también Enzimas flavínicas. Oxidasa terminal (Terminal oxidase): enzima terminal de la cadena respiratoria. En la mayoría de los organismos es la Citocromo oxidasa (véase), pero en varios sistemas vegetales hay, o se han propuesto, otras O.t. En la respiración aerobia del nitrato, la O.t. es la nitrato reductasa.

22,25-Oxidoholoturinogenina (22,25-Oxidoholothurinogenin): véase Holoturinas. Oxidorreducción (Oxidoreduction): véase Oxidación. Oxidorreductasas (Oxidoreductases): véase Enzimas (Tabla 1). Oxigenasas (Oxygenases): enzimas que catalizan la incorporación del oxígeno del oxígeno molecular a sus sustratos orgánicos, o sea, los átomos de oxígeno que aparecen en el producto derivan del 0 2 atmosférico, no del agua. Las dioxigenasas (oxígeno transferasas) catalizan la introducción de los dos átomos del oxígeno molecular. Las monooxigenasas o hidroxilasas catalizan la introducción de un átomo de oxígeno molecular, mientras que el otro átomo se reduce a agua; requieren, por tanto, un segundo sustrato que actúa como donante de electrones, por lo que se denominan también oxigenasas defunción mixta. Catalizan el siguiente tipo de reacción: AH + 0 2 + DH 2 AOH + H 2 0 + D, donde AH es el sustrato, AOH el sustrato hidroxilado, DH2 el donante de electrones y D el donante de electrones oxidado. Las hidroxilasas flavoproteicas se encuentran principalmente en las bacterias, p.ej., se ha cristalizado 4-hidroxibenzoato hidroxilasa a partir de 4 especies diferentes de Pseudomonas. El grupo prostético es FAD, y la hidroxilación del sustrato a 3,4-dihidroxibenzoato está acoplada a la oxidación de NADPH. Las hidroxilasas pteridina-dependientes constituyen una clase de monooxigenasas con un grupo prostético de pteridina, p.ej., L-fenilalanina-4-monooxigenasa, tirosina-3-monooxigenasa de la médula suprarrenal, y triptófano-5-monooxigenasa del cerebro.

Tipo de reacción

Enzimas

Reacción general

Deshidrogenación

Oxidorreductasas

SH2

n

D

Transferencia de electrones Transferencia de oxígeno Hidroxilación

Oxidasas que transfieren 4 ó 2 electrones

^ or

02

Dioxigenasas

S + o2

Hidroxilasas

s + D H 2 + O2 SOH + D + H 2 0

S = Sustrato, D = colador que transporta hidrógeno

Reacciones de oxidación en el metabolismo. 590

(

S

DHJ 5

V

*

H 2

°j

H202

*

S0 2 »

Oxitocina

Las monooxigenasas acopladas a hemo contienen citocromo P-450. Están presentes en los microsomas y son responsables de muchas reacciones de hidroxilación, p.ej., la 11 P-hidroxilación de los esteroides en la corteza suprarrenal, la 2hidroxilación de estrógenos en el hígado; el sistema hepático es especialmente importante en la hidroxilación de drogas y productos exógenos, haciéndolos solubles en agua, capaces de conjugarse y fácilmente excretables. Se ha purificado un sistema de citocromo P-450 que hidroxila alcanfor (a 5-exo-hidroxilasa) en Pseudomonas putida, y se ha llamado putidarredoxina; contiene FAD, un centro Fe2S2Cys4 y un citocromo P-450; la hidroxilación del sustrato está acoplada a oxidación de NADPH. Ciertas monooxigenasas contienen cobre (hidroxilasas que contienen cobre), p.ej., dopamina-P-hidroxilasa; esta enzima está asociada con los gránulos cromafines de la corteza suprarrenal y oxida la dopamina a noradrenalina; el segundo sustrato (el donante de electrones) es el ácido ascórbico. Diversas fenolasas son también monooxigenasas que contienen Cu. Su mecanismo de acción es incierto, pero parece que un monofenol se hidroxila a o-difenol, acoplado a la oxidación de un difenol (o sea, el segundo sustrato) a o-quinona. Los residuos de prolina y lisina del colágeno son hidroxiladas por monooxigenasas. Estas hidroxilasas contienen ion ferroso y tienen un requerimiento específico de a-cetoglutarato que actúa como donante de electrones, descarboxilándose oxidativamente a succinato y C0 2 . La 4-hidroxifenilpiruvato hidroxilasa del hígado y el riñon es también una monooxigenasa descarboxilante que contiene Fe; la hidroxilación se acompaña de la migración de la cadena lateral, cuya descarboxilación oxidativa consume el otro átomo de oxígeno; el producto es ácido homogentísico (véase L-Fenilalanina). Todas las dioxigenasas conocidas contienen hierro, en grupos hemo o como centros Fe-S; algunas también contienen cobre. Son ejemplos Triptófano-2,3-dioxigenasa (véase), homogentisato oxidasa (véase L-Fenilalanina), 3-hidroxiantranilato oxidasa (véase L-Triptófano). Las bacterias usan ampliamente mono- y dioxigenasas, que son, por tanto, de importancia fundamental en el ciclo del carbono en la biosfera. Véase a-Cetoácido dioxigenasas. Oxígeno (Oxygen): véase Bioelementos.

Oxígeno, electrodo de (Oxygen electrode): sensor amperométrico para detectar cambios en las concentraciones de oxígeno de una solución. En el E.o. polarográfico se establece un voltaje de polarización de unos +0,6 V de una fuente externa, entre el cátodo de platino y el cátodo de plata/ cloruro de plata bañado en KC1 saturado; la corriente que pasa es proporcional a la concentración de oxígeno de la solución. En el E.o. galvánico, la corriente se produce entre un cátodo de plata y un ánodo de plomo bañado en acetato de plomo saturado; en este caso, el potencial se genera en el sistema del electrodo y no necesita una fuente extema. En ambos tipos, el electrodo que se introduce en la solución posee una membrana plástica permeable al oxígeno. Oxígeno, metabolismo del (Oxygen metabolism): reacciones metabólicas que implican al oxígeno, incluyendo 1. Oxidación general de los metabolitos por Deshidrogenación (véase), eliminación de electrones (oxidasas, véase Flavoenzimas), y adición de oxígeno al sustrato (véase Oxigenasas). 2. Oxidación (véase) de coenzimas reducidas en la Cadena respiratoria (véase). Oxihemoglobina (Oxyhemoglobin): véase Hemoglobina. Oxisomas (Oxysomes): véase Mitocondria. 5'-Oxitetraciclina (5'-Oxytetracycline): véase Tetraciclinas. Oxitocina (Oxytocin): hormona peptídica neurohipofisiaria. M 1.007. Origina contracción del músculo liso del útero y de las glándulas mamarias (eyección de la leche). Está relacionada estructuralmente con la otra hormona neurohipofisiaria, la Vasopresina (véase); ambas tienen un antepasado común y presentan solapamiento de sus actividades fisiológicas. En vertebrados inferiores se han identificado otras cuatro hormonas neurohipofisiarias, variantes de la O. y la vasopresina, con diferentes residuos de aminoácidos en las posiciones 4 u 8, o ambas. La [Arg8] es un análogo híbrido, en el que el tripéptido de cola de la vasopresina se une al anillo de la O.; se encuentra de manera natural en la pituitaria del pollo, y se considera el probable antecesor común de todas las demás hormonas neurohipofisiarias relacionadas. En peces teleósteos se encuentra la [Ser4, Ileu8]Oxitocina, (también llamada isotocina); en elasmobranquios, la [Ser4, Glu8] Oxitocina (también llamada glumitocina); en anfibios y reptiles, la [Ileu8] Oxitocina (también llamada mesotocina). 591

Oxalacético, ácido

C y s — T y n — l i e — G l n — A s n —Cys—Pro—Leu —Gly—NH 2

Oxitocina La O. se sintetiza en el Nucleus paraventricularis del hipotálamo, y se transporta al lóbulo posterior de la pituitaria (hipófisis) por el Tractus paraventrículo-hipofiseus, combinada con la proteína de transporte Neurofisina I (véase). Se libera a la corriente sanguínea en respuesta a la estimulación fisiológica y táctil de los genitales, o al estímulo de la succión en las glándulas mamarias, y actúa sobre sus órganos diana por el sistema de la adenilato ciclasa. Los métodos para el estudio de la O. son principalmente biológicos, basados en la actividad de eyección de la leche de los animales lactantes, o en el comportamiento de segmentos de tejido mamario perfundido. También se utiliza el radioinmunoanálisis. La O. se inactiva y degrada en el organismo por proteólisis. Se han sintetizado más de 300 análogos, algunos de los cuales tienen actividad biológica superior a la del producto natural. El papel de la O. en el parto no está claro; aunque probablemente está

592

implicada en la contracción uterina, no se acepta generalmente que el inicio del parto esté determinado por la liberación de O. De su estructura y la primera síntesis se informó en 1953/54 por V. du Vigneaud et al. El análogo más activo obtenido hasta ahora es la [Thr4] Oxitocina. Oxalacético, ácido (Oxaloacetic acid): HOOCCO-CH2-COOH, ácido cetodicarboxílico presente en cantidades bastantes altas en plantas, p.ej., clavo rojo, guisantes. El anión (oxalacetato) es un intermediario en el ciclo TCA (véase), y el cetoácido derivado del ácido Aspártico por Transaminación (véanse*). El enol del A.o. puede ser cis o trans: ácido hidroximaleico (cis, p.f. 152°C) y ácido hidroxifumárico {trans, p.f. 184°C [d.]). 2-Oxoácido dioxigenasas (2-Oxoacid dioxygenases): Véase a-Cetácido dioxigenasas. Oxoeleoestéarico, ácido (Oxoeleostearic acid): véase ácido Licánico. 2-OxogIutárico, ácido (2-Oxoglutaric acid): véase ácido a-Cetoglutárico. 5-Oxoprolina (5-OxoproIine): véase ácido Piroglutámico. 9-Oxo-rometlk>)

O

h-

© Unión de los primeros aminoácidos N-protegldos

Y-NH-(AA)—c-o-(c)

Separación del grupo N-protegido

_

o H2N— ( A A ) - C - O - Q

Síntesis del enlace peptfdico

o Y-NH—(AA)—CO^NH-^AJ-C-O-Q Repetición n veces de las etapas 3 y 4

- I Y - N H — C O - [ N H - ( A A ) —

Separación del grupo N-protector terminal, y liberación del péptido del transportador

Péptido soluble

b, seguida por b a aminoácido + PalP, con adición del protón en la configuración opuesta. Descarboxilación del aminoácido: a —> d —> c —> amina + PalP. Serina hidroximetiltransferasa (EC 2.1.2.1): X = OH; L-serina + PalP —>a —>f —> g + glicina + PalP. En sentido contrario, estas reacciones conducen a la síntesis de L-serina a partir de glicina. El grupo hidroximetilo es transportado por el ácido tetrahidrofólico. Cisterna desulfhidrasa (EC 4.4.1.1): X = SH; Cisteína + PalP ->a—>b—>c-> ácido pirúvico + amonio + PalP. Serina deshidratasa (EC 4.2.1.13): X = OH; L-Serina + PalP —>a—>b —>c —> ácido pirúvico + amonio + PalP. Triptofanasa (EC 4.1.99.1 ): X = indol; L-Triptófano + PalP —>a—>b—>c—> ácido pirúvico + amonio + PalP. Triptófano sintasa (EC 4.2.1.20): I a etapa: X = OH; L-Serina + PalP a -> b -> c. 2' etapa: x = indol; c ->b ->a L-Triptófano + PalP.

naturales, por lo que actúan como antimetabolitos e inhiben selectivamente ciertas rutas bioquímicas, especialmente la síntesis de ácidos nucleicos. La mayoría de los A.p. son bases modificadas o sus nucleósidos, pero también hay análogos de nucleósidos de piridina que tienen azúcares modificados. Las modificaciones químicas más comunes son introducción de sustituyentes (p.ej., halógenos en el C5 del uracilo y la citosina), sustitución de un grupo OH por un SH (p.ej., 2-tiouraciIo) y sustitución de un C del anillo por nitrógeno (5-azauracilo). Los Arabinonucleósidos (véase) (inversión estérica del OH del C2 de la ribosa) y los Xilosilnucleósidos (véase) (inversión en el C3) de las bases de pirimidina naturales son 612

también A.p. activos. La incorporación de 5bromouracilo (análogo de timina) en el DNA fue citada por primera vez en 1952. Los compuestos 5-fluorouracilos se desarrollaron en 1957; el 5fluorouracilo se incorpora en el DNA en lugar del uracilo. [Antimetabolitos del metabolismo de ácidos nucleicos. Bases bioquímicas de su acción, con especial referencia a su aplicación en la terapia del cáncer, en Cancer Therapy, by Peter Langen, 1975. Gordon and Breach (London, New York, Paris)]. Pirimidina, biosíntesis de ( P y r i m i d i n e biosynthesis), biosíntesis de novo de pirimidina: síntesis total del anillo de pirimidina del uracilo,

Pirimidina, biosíntesis de

h

2

n - c — 0 ~ ®

Fosfato de carbamoilo Aspartato de | L-Aspartato catbamoilo R transferasa (EC 2.1.3.2) HjN

H

OMP 5'-Fosfato de orotidina desea rboxilasa (EC 4.1.1.23) HN

^COO®

N-cartoamoilo-L-aspartato Dihidroorotasa (EC 3.5.2.3)

s , C02

0 * ' •N" I RiP

S ^ H2O

o ^ n " H

^coo®

Orotato reductasa (EC 1.3.1.14)

5'-Monofosfato de uridina (UMP) Nucleósido ^=ATP monofosfato Mg2* quinasa 5^-ADP (EC 2.7.4.4) 5'-Difosfato de uridina (UDP) Nucieósido^ ATP difosfato Mg2* quinasa ^ADP (EC 2.7.4.6) 5'-Trifosfato de uridina (UTP) ^ . N H j (o glutamina) -—ATP Mg2*

CTP sintetasa (EC 6.3.4.2)

N-^-ADP+P;

NH, Orotato Pirofosfato de fosforribosilo

5-Fosfato de orotidina pirofosforilasa (EC 2.4.2.10)

O"' ~®-®-o-ch

2

PP,-

O

HN

0'-

KH

KH

OH OH

HN '

©-0-CH,

-N

^

eoo®

5'-Trifosfato de citidina (CTP)

0

"hò

"VT1

OH OH

5'-Monofosfato de orotidina (OMP)

Figura 1. Biosíntesis de nucleótidos de uridina y citidina.

timina, citosina y sus derivados, a partir de fosfato de carbamoilo y aspartato, en todas las células vivientes. (El anillo de pirimidina de la tiamina [vitamina B,] tiene un origen biosintético diferente; véase más adelante]. Biosíntesis de los nucleótidos de uridina y citidina. Fig. 1. El primer nucleótido de pirimidina que aparece de novo en esta ruta es el 5'-monofos-

fato de uridina (UMP; ácido uridílico); éste se fosforila a 5'-trifosfato de uridina (UTP) y por donación de un grupo amino del amonio o de glutamina (en los tejidos animales), el UTP se convierte en 5'-trifosfato de citidina (CTP). Biosíntesis de nucleótidos de timina. Fig. 2. Dado que la timina es constituyente del DNA, los correspondientes nucleótidos contienen 613

Pirimidina, biosintesi de Biosfntesis de desoxinucieótido

i I Desoxicitidina ditostato (dCDP) | Desoxicitidilato j U ^ A D P quinasa FfSï-atp (EC 2.7.4.14) llr Desoxicitidina monofosfato (dCMP) L^H2O 0

I TMP I TMP

1U»ATP

quinasa

[p^ADP

Tìmidina difosfato (TOP) Nucleósido difosfato quinasa (EC 2.7.4.6)

HN'

[ Timidina trifosfato (TTP)

ff'k ®-0-CH

^

2

H\__/H OH H Desoxiuridina monofosfato (dUMP) N', N'°-Metilenotetrahidrofolato

Timidiiato sintasa (EC 2.1.1.45)

H.0 Biosintesis de purina

I X"J

Dihidrofolato u ^ y C H ,

H2N-

(H

-N-

J^H

H/

OH OH Tìmidina monofosfato (TMP), Acido timidliico

Ribótido de aminoimidazol

Figura 2. Biosíittesis de nucleótidos de timina. nh2

CHO

l

HÌN'

A n 0'-

rijJ

NH

RiP

-0—ch2 O Cu y; hN| VH Oh h NH-

5'-Monofosfato de desoxicitidina - N 5 ,N 10 - Metileno-^ tetrahidrofolato Y ^Tetrahidrofolato

h

j°

OHC

I

RiP "HCHO"

NH2 CH2OH

-C-3-fragmento? -4[H] -RiP

©-0-CH, M

ftd VH

OH H 5'-Monofosfato de hidroximetil-desoxicitidina

Figura 3. Biosintesis de ácido 5-hidroximetil-desoxicitidilico. 614

2-Metil-4-amino-5hidroximetilpirimidina

Figura 4. Síntesis de 2-metil-4-amino-5-hidroximetil-pirimidina a partir de ribótido de aminoimidazol (RiP = 5-fosfato de ribosa).

Pirróles 2-desoxirribosa, y el ácido timidflico (TMP) se d e n o m i n a más c o r r e c t a m e n t e d T M P (5'monofosfato de desoxitimidina). La secuencia de la reacción es: CMP -> CDP dCDP - » dCMP dUMP TMP (dTMP) TDP (dTDP) TTP (dTTP). La metilación de dUMP a TMP está catalizada por la timidilato sintasa (EC 2.1.1.45). El cofactor, ácido N5,Wn-metilen-tetrahidrofóIico, transfiere la unidad activa del C - l al C-5 del dUMP, y también funciona como agente reductor en la formación del grupo metilo a partir de la unidad C-l activa. Biosíntesis de ácido ribotimidílico. La unidad es un componente raro de muchas especies de tRNA (véase componentes raros de los ácidos Nucleicos). Se forma por metilación (a partir de S-Adenosil-L-metionina) del C-5 del uracilo presente en las moléculas de ácidos nucleicos. Biosíntesis de ácido 5-hidroximetil-desoxicitidílico. Este componente del DNA de los fagos T-pares se biosintetiza a partir de 5'-monofosfato de desoxicitidina (Fig. 3). También se producen nucleótidos de pirimidina por rutas de Recuperación (véase). Regulación de la B.p. En Escherichia coli, la fosfato de carbamoilo sintetasa se activa por los nucleótidos de purina IMP y XMP, y se inhibe por los nucleótidos de pirimidina UMP y UDP. El punto clave de control es la síntesis del ácido /V-carbamoilaspártico, catalizada por la aspartate carbamoiltransferasa (aspartate transcarbamoilasa, EC 2.1.3.2). En Escherichia coli y en Aerobacter aerogens, esta enzima se inhibe por CTP, y la inhibición se evita por ATP. En Pseudomonas fluorescens, la enzima se inhibe por UTP, mientras que en plantas superiores el inhibidor regulador es UMP. La aspartate carbamoilo transferasa de Escherichia coli es una de las enzimas alostéricas más ampliamente estudiadas. Ai 310.000, se disocia en dos subunidades catalíticas idénticas (Ai de cada una 100.000, con tres cadenas polipeptídicas denominadas cadenas C, Mr 34.000), y tres subunidades reguladoras idénticas. Cada subunidad reguladora contiene dos cadenas R, Ai 17.000; cada una de ellas une una molécula de CTP. Las subunidades catalíticas son activas en ausencia de las subunidades reguladoras, pero la regulación por el CTP sólo se produce en la enzima oligomérica completa. El mecanismo de control se explica por el modelo Cooperativo (véase) de las enzimas alostéricas. En algunos casos, el

uracilo también puede reprimir la síntesis de aspartato carbamoilo transferasa y dihidroorotato oxidasa (EC 1.3.3.1). Biosíntesis del anillo de pirimidina de la tiamina (vitamina Bt) a partir de ribonucleótido de aminoimidazol. El anillo 2-metil-4-amino-5hidroximetil-pirimidina presente en la tiamina se sintetiza a partir del ribonucleótido de aminoimidazol, que es un producto intermedio en la biosíntesis de purina (Fig. 4). Pirimidina, degradación de la (Pyrimidine degradation), catabolismo de las pirimidinas: reacciones reductoras o (en casos especiales) oxidativas que determina la escisión del anillo heterocíclico de las pirimidinas naturales. 1. Degradación reductora (Fig. pág. siguiente). Este proceso representa hasta cierto punto el inverso de la biosíntesis de Pirimidina (véase). El anillo de pirimidina se hidrogena parcialmente y el compuesto dihidro resultante se rompe hidrolíticamente. La citosina se convierte en uracilo por desaminación, y el uracilo se degrada a P-alanina. La timina se degrada a (3-aminoisobutirato. 2. Degradación oxidativa. En Corynebacterium y Mycobacterium, el uracilo se oxida a ácido barbitúrico, el cual se escinde hidrolíticamente en urea y ácido malónico. La timina se oxida a ácido 5-metilbarbitúrico, seguido de hidrólisis a urea y ácido metilmalónico. Pirimidina, dímeros de (Pyrimidine dimers): véase Dímeros. Pirimidina, síntesis de novo de (De novo pyrimidine synthesis): véase biosíntesis de Pirimidina. Piroglutámico, ácido (Pyroglutamic acid), ácido pirrolidoncarboxílico, 5-cetoprolina, ácido pirrólido-2-ona-5-carboxüico: abrev. Pyr, PC A,

COOH

C O O H

I

I

CHO

H C O H

I C H , I C = 0 I

-

Giioxilato CHJ

c=o I 4-hidroxi-2-cetoglutarato C O O H Piruvato C O O H

Degradación de 4-hidroxiprolina. EC 1.5.1.12, l-pirrolina-5-carboxilato deshidrogenasa. EC 1.5.99.?, 4-hidroxiprolina deshidrogenasa. EC 2.6.1.23,4-hidroxiglutamato aminotransferasa. EC 4.1.3.16, 4-hidroxi-a-cetoglutarato aldolasa.

aminoácidos por extracción alcohólica. Por ser un iminoácido produce color amarillo al reaccionar con ninhidrina, en vez del color púrpura característico de los a-aminoácidos. Junto con la hidroxiprolina (Hyp), la Pro es un componente esencial del colágeno, la gliadina y la zeína. La hidrólisis del colágeno produce un 15% de Pro. La Pro es glucogénica. No participa en la formación de hélices a, por lo que tiene especial importancia en la estructura terciaria de las proteínas (véase Proteínas). Se biosintetiza principalmente a partir de L-glutamato vía semialdehído y-glutámico. También se puede sintetizar a partir de ornitina exógena vía ácido pirrolina-carboxílico. Es un aminoácido no esencial para los mamíferos, pero es esencial para el crecimiento de los pollos. El ácido azetidina-2carboxílico es antagonista de la Pro. 635

Promitocondria

Derivados de prolina: la íraní-4-hidroxi-Lprolina (Hyp) es un componente importante de los tejidos animales conjuntivo y conectivo. En Santalum album y otras plantas se encuentra cis4-hidroxi-L-prolina libre. En el colágeno, se encuentran pequeñas cantidades de 3-hidroxi-Lprolina. La 4-hidroxi-L-prolina se forma principalmente por hidroxilación del peptidilprolil-RNA unido al ribosoma, reacción que requiere ácido ascorbico y que está catalizada por la prolina hidroxilasa (véase Oxigenasas). La 4hidroxi-L-prolina libre se forma por ciclización del y-hidroxi-L-glutamato. Otros derivados de Pro son la 4-metilprolina (se encuentra en ciertos antibióticos) y la 4-hidroximetilprolina (piel de manzana). Promitocondria (Promitochondria): véase Mitocondria. Promotor (Promotor): véase Operon. Pronasa (Pronase): mezcla de al menos 4 enzimas proteolíticas deStreptomyces griseus. Se han aislado y caracterizado dos componentes péptido-esterasas que se parecen a la quimotripsina y a la tripsina. Ambos se inhiben por el ovoinhibidor de pollo. Pro-opiomelanocortina (Pro-opiomelanocortin), pro-opiocortina\ proteína (Mr 31.000) de la pars distalis y pars intermedia de la pituitaria. Contiene las secuencias de la ACTH y la ß-LPH (véase Péptidos, Fig. 3). En la pars distalis, se libera ACTH a partir de P. para regular la función de la corteza suprarrenal. En la pars intermedia, la

ch 3 cocoo" Piruvato

P. se escinde y forma el precursor de oc-MSH, el cual, tras amidación y acetilación, se convierte en a-MSH (véase Melanotropina). Propiónico, ácido (Propionic acid): CH3-CH2COOH, ácido graso simple, p.f. - 2 2 ° C , p.e. 140,9°C. Se encuentra formando sales (propionatos) y ésteres en muchas plantas. Es especialmente importante en el metabolismo de las bacterias propiónicas, que fermentan el ácido propiónico. Propionibacterium shermanii sintetiza A.p. a partir de piruvato (Fig.). El Propionil-coenzima A (véase) es un derivado metabólico importante. Propionil-coenzima A (Propionyl-coenzyme A), propionil-CoA: ácido propiónico activado por la unión de coenzima A por enlace tioéster. Es importante en la biosíntesis y degradación de ácidos grasos; se forma durante la P-oxidación de los que tienen un número impar de átomos de carbono o cadenas ramificadas. Proplastidios (Proplastids): orgánulos redondeados (0,2-1 |im de diámetro), grandes, incoloros y sin estructura, presentes en los tejidos meristemáticos de las plantas superiores, o en algas unicelulares cultivadas en la oscuridad. Son los precursores biogenéticos de los Plastidios (véase). Se convierten en cloroplastos por acción de la luz. Durante esta transformación, el contenido de ácidos nucleicos, ribosomas y enzimas de la transcripción y la traducción (presentes en bajas cantidades en los P), aumenta, y se sintetizan de novo las membranas de los tilacoides y las enzimas de la fotosíntesis. Como los plastidios, no se

?

'00C—c—co—SCoA

I

CH3

MetilmalonilCoA-transcartjoxilasa

(s)-Metilmalonil-CoA

"00C— CH—CO—C00" Oxalacetato

CH3CH2C0—SCoA Propionil-CoA

ch3

MetilmalonilCoA-racemasa

i

T)0C—C—CO—SCoA

I

H (R)-Metilmalonil-CoA

Ciclo de los ácidos ! tricarboxílicos » DOC— CH2—CH2—COO Súccinato

CH3— CH2— COO"

I

CH3CH2CO—SCoA

Metilmalonil-CoAmutasa

. "00C—CH2— CH2- -CO—SCoASuccinil-CoA

Propionato

Biosíntesis de propionato a partir de piruvato en Propionibacterium shermanii. 636

Prostaglandinas

pueden formar P. de novo y su número aumenta por división de otros P. Proproteínas (Proproteins): precursores inactivos de proteínas que se activan por la eliminación de una secuencia peptídica en una reacción altamente específica. Ejemplos: diversas Enzimas de secreción (véase) (procarboxipeptidasa, proelastasa, protrombina, etc.), precursores de hormonas (proinsulina, proparathormona, etc.), toxinas peptídicas (promelitina, etc.) y Zimógenos (véase). Prostaciclina (Prostacyclin), PGI2: véase Prostaglandinas. Prostaglandinas (Prostaglandins): grupo de ácidos grasos biológicamente activos, de C-20, insaturados, derivados principalmente del ácido Araquidónico (véase). Están relacionadas estructural y metabòlicamente con los Leucotrienos (véase) y los Tromboxanos (véase) que se citan por separado. Todas las PG se pueden considerar como derivados formales del ácido prostanoico (que, sin embargo, no se encuentra en la naturaleza). La abreviatura convencional es PG, con una letra o un número adicional. Las de la serie E son (i-hidroxicetonas, la serie F son 1,3dioles; el tipo A son a,P-cetonas insaturadas. Todas las PG tienen un doble enlace en C-13 y un grupo OH en C-15. El número de serie indica el número de dobles enlaces, el cual depende del ácido graso precursor. La serie 1 se biosintetiza a partir del ácido 8,11,14-eicosatrienoico y la serie 3 del 5,8,11,14,17-eicopentenoico. Los compuestos de la serie 2 son los más abundantes. Algunas PG tienen poca o nula actividad biológica, y presumiblemente son productos metabólicos de las especies activas, las cuales son muy inestables, de manera que es difícil determinar si un compuesto dado es activo de por sí o sólo es precursor de una PG más activa. Sin embargo, parece que las especies más activas son PGE2, PGF 2a , PGD2, PGGj, PGH2, PGI2 y los tromboxanos. La biosíntesis de PG está catalizada por complejos multienzimáticos (Fig.). Los endoperóxidos PGG2 y PGH2 son muy activos, pero se metabolizan rápidamente. La PGH2 es precursora de prostaciclina (PGI2) y de tromboxanos. En sentido amplio, las PG evitan la agregación de las plaquetas y la formación de coágulos. Dado que la PGI2 y los tromboxanos se forman a partir de una cantidad limitada de un precursor común, el punto de ramificación es un lugar importante del

control homeostático. En mamíferos hay receptores de PGI2 en las plaquetas, los músculos de los vasos y en otras células; estos receptores están acoplados a la adenilato ciclasa. Las células endoteliales de los vasos sanguíneos de los mamíferos producen PGI2 en respuesta a heridas o irritación. En las aves, los trombocitos tienen receptores para la PGE2, que es la que producen sus células endoteliales. [J.M. Ritteref al., Lancet 1983-1, 317], En mamíferos, la PGI2 inhibe la agregación de las plaquetas y causa en ellas aumento del cAMP. A concentraciones suficientemente elevadas para activar la adenilato ciclasa, las PGI2, PGE, o PGD2 inhiben la formación de coágulos, pero recientemente se ha descubierto que, a concentraciones que son demasiado bajas para activar la ciclasa, estas PG activan el factor X y por tanto inician la coagulación sanguínea [A.K. Dutta-Roy, T.K. Ray & A.K. Sinha, Science 231 (1986) 385-388]. Los efectos de diferentes PG en distintos tejidos no son idénticos; p.ej., la PGI2 no causa diarrea, pero la PGE2 lo hace. Las PGE, y PGI2 estimulan la adenilato ciclasa de las plaquetas mientras que el tromboxano A2 y la PGH2 inhiben la estimulación. La mayoría de las PG originan la contracción del músculo liso de los vasos sanguíneos, del tracto gastrointestinal y del útero, pero la PGH 2 es generalmente vasodilatadora, igual que la PGI r La relación entre PG e inflamación y dolor no está clara, pero es muy probable que el efecto antiinflamatorio y analgésico de la aspirina sea debido a que inhibe la síntesis de PG. La aspirina inhibe la síntesis de tromboxanos a concentraciones más bajas que las que se necesitan para inhibir la síntesis de PG; así, bajas concentraciones de aspirina aumentan las hemorragias desviando el metabolismo de PGH2 hacia PGI 2 y lejos de los tromboxanos. [S. Moneada & J.R. Vane, «Pharmacology and endogenous roles of Prostaglandin Endoperoxides, Thromboxane A2 and Prostacyclin» Pharmacological Rev. 30 (1979) 293-331; P.B. CurtisPrior, Prostaglandins, an Introduction to Their Biochemistry, Physiology and Pharmacology (North-Holland, 1976)]. Las PG exhiben una amplia variedad de propiedades farmacológicas. De particular importancia son: actividad broncoplasmolítica (tratamiento del asma aguda); control de la secreción gástrica (posible terapia de la úlcera); antagonismo de la acción diurética de la an637

Prostanoico, ácido

5 ?

6

5

3

12

"

'5 17 fi

COOH

10 '

Ácido araquidónico

20¡.

[Eliminación de pro S]

Liberación de fosfollpidos por la fosfolipasa A2

Ciclooxigenasa (Prostaglandina sintasa)

6-Oxo-PGFla

¿H PGD2

V-VN/W 0H

ÓH

PGE2

OH

ÓH

PGF,,

Ruta ciclooxigenasa del metabolismo del araquidonato. EC 1.1.1.189: Prostaglandina-E, 9-oxorreductasa; EC 5.3.99.2: Prostaglandina-H 2 D-isomerasa; EC 5.3.99.3: Prostaglandina-H, E-isomerasa;

giotensina (tratamiento de la hipertensión y de alteraciones cardiovasculares); iniciación de la ovulación, p.ej., en vacas, cerdos y ovejas; alivio del dolor durante el parto; finalmente, cantidades muy pequeñas de PG causan aborto. Prostanoico, ácido (Prostanoic acid): véase Prostaglandinas. Proquiralidad (Prochirality): Una molécula o átomo es proquiral si se hace quiral (asimétrica o disimétrica) al sustituir un determinado ligando por otro. Un átomo de carbono proquiral posee dos sustituyentes idénticos (a, a) o diferentes (b, c). Tiene un eje que alterna una vez y un plano de simetría especular, es decir, el plano a través de C, b y c corta la molécula en dos mitades simétricas especulares. Un ejemplo clásico es la P. del ácido cítrico, que se expone con más detalle en el ciclo TCA (véase). El NADH y el NADPH son también 638

EC 5.3.99.4: Prostaciclina sintasa; EC 5.3.99.5: Tromboxano sintasa.

proquirales, aunque estas moléculas tienen simetría bilateral perfecta. Las enzimas distinguen entre ambos lados del NAD(H) y del NADP(H), de manera que se elimina o añade el hidrógeno en la posición 4R o 4S del C4 del anillo de nicotinamida. Para especificar la configuración de los centros proquirales se usa el sistema R o S [Cahn, R.S., Ingold, C.and Prelog, V. (1966). Specification of molecular chirality. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 5, 385-415]. A cada sustituyeme se le da cierta prioridad (basada en el número atómico). El modelo de la molécula se representa desde el lado más alejado del grupo de prioridad más baja. Si la secuencia de los grupos por prioridad decreciente sigue el sentido de las agujas del reloj, la configuración es R (rectus: a derechas); si la secuencia sigue el sentido contrario a las agujas

Proteas as de serina

del reloj la configuración es S (siniestro: a izquierdas). La denominación de los pares de átomos de hidrógeno de los centros proquirales es especialmente importante. Evidentemente, cualquier átomo o grupo que sustituya a un hidrógeno tendrá un número atómico más alto que el del hidrógeno reemplazado. Si la sustitución da lugar a una quiralidad S, el hidrógeno reemplazado se designa como H s ; de manera similar, el otro hidrógeno debe ser HR. [Goodwin, T.W. «Prochirality in Biochemistry», en Essays in Biochemistry Vol. 9 (1973) pp.103-160. Publicado para la Biochemical Society by Academic Press. Bentley, R. Molecular Asymmetry in Biology, 2 Vols. Academic Press (1970)]. Protaminas (Protamines): grupo de proteínas simples d s M t baja, fuertemente básicas, asociadas al DNA en el núcleo celular. Sustituyen a las Histonas (véase) en los espermatozoides, al menos durante la espermatogénesis. Se han aislado P. de espermatozoides de peces y aves; contienen 8085% de arginina, siendo el resto de los aminoácidos alanina, glicina, prolina, serina y valina (o isoleucina). La Ai de las P. está entre 4.050 (clupeína, 30 aminoácidos) y 4.420 (indina, 33 aminoácidos). La secuencia de la salmina A-I es Pro-Arg 4 -Ser 3 - Arg-Pro-Val-Arg3-Pro-Arg-ValSer-Arg 6 -Gly 2 -Arg 4 . En espermatozoides de invertebrados se han aislado proteínas similares a protaminas que contienen 40-80 residuos aminoacídicos. Proteasas (Proteases): todas las enzimas que catalizan la hidrólisis exoergónica de los enlaces peptídicos de proteínas y péptidos (Fig.). Se dividen en dos grupos según su lugar de ataque sobre la cadena polipeptídica:

f -

m H H O

— N—C—CI I II H H 0 + H20

—N—C—C—OH + H2N—C—C— I I II I II H H 0 H 0 1. Las Endopeptidasas (proteinasas) catalizan la hidrólisis de enlaces interiores de la cadena peptídica, escindiendo péptidos de diversos tamaños. Se subdividen en endopeptidasas ácidas, neutras o básicas. Las neutras y básicas pueden a su vez dividirse en proteasas de Serina (véase) y

proteinasas de tiol (véase Enzimas de Tiol). Ejemplos de P. animales son Pepsina, enzima del Cuajo, Tripsina, Elastasa, Trombina, Plasmina y Renina (véanse). Para ejemplos de P. vegetales y bacterianas, véanse Papaína, Subtilisina, Bromelaína. También hay P. de levaduras y de hongos. 2. Las Exopeptidasas catalizan la eliminación hidrolítica sólo de aminoácidos terminales de la cadena polipeptídica, por lo que se clasifican en exopeptidasas N-terminal (aminopeptidasas, p.ej., leucina aminopeptidasa) y exopeptidasas Cterminal (p.ej., carboxipeptidasas A, B, Y, etc.). Las tri y dipeptidasas también se incluyen entre las exopeptidasas. Por su importancia capital en la degradación y renovación de las proteínas, las P. se encuentran ampliamente distribuidas en el organismo. Concentraciones especialmente altas se encuentran en el tracto intestinal y en los lisosomas, donde catalizan, respectivamente, la degradación de todas las proteínas de la dieta y las celulares. Las P. más conocidas son metaloenzimas no conjugadas, que contienen o requieren un metal (p.ej., zinc) como activador o estabilizador. La autodigestión (autólisis) se evita porque se sintetizan en forma de precursores inactivos (véase Zimógenos), por la presencia de inhibidores específicos de proteasas o porque se almacenan en orgánulos celulares especiales denominados lisosomas. La especificidad al sustrato de las P. puede ser alta, p.ej., enzima del cuajo, carboxipeptidasa B, enteroquinasa, etc., o baja, p.ej., pronasa, pepsina y proteinasas intracelulares. A menudo son específicas para determinados residuos de aminoácidos, p.ej., la tripsina rompe los enlaces arginilo y lisilo. Las P. pancreáticas constituyen las enzimas más ampliamente estudiadas. Proteasas de serina (Serme proteases): grupo bien estudiado de endopeptidasas animales y bacterianas (véase Proteasas), que tienen un mecanismo de acción similar y un residuo de serina catalíticamente activo en sus centro activos (el residuo 195 en el caso de la quimotripsina). Todas las P.s. realizan la hidrólisis mediante la formación de un enlace éster entre el grupo hidroxilo de la serina activa catalíticamente y el grupo carboxilo del enlace peptídico escindido, produciendo una acil-enzima que se recupera en la etapa de desacilación de la reacción, en la que se restaura el grupo hidroxilo de la serina y se libera el péptido escindido. El residuo de serina activo se acila selectiva e irreversiblemente por ésteres orgánicos 639

Proteasa, inhibidores de

de fosfato, como el di-isopropilfluorofosfato (DPF), o el fenil-metano-sulfonil-fluoruro (PMSF), los cuales, por tanto, inhiben las P.s. Se piensa que la tripsina, las quimotripsinas A, B y C, la elastasa pancreática, la tripsina y la quimotripsina de los invertebrados, la trombina, plasmina y calicreína de la sangre, la proteasa a-lítica similar a elastasa de Mixobacter y las P.s. similares a tripsina de Streptomyces grìseus son todas proteínas homologas derivadas de una proteína ancestral común por multiplicación gènica. La subtilisina (véase) de Bacillus subtilis es una P.s.; se parece a la quimotripsina en el enlace de hidrógeno del sistema de carga-liberación, pero son distintas estructuralmente, lo que constituye un ejemplo de evolución convergente del centro catalítico de dos grupos diferentes de proteínas. Proteasa, inhibidores de (Protease inhibitors): véase Venenos de serpiente. Proteido (Proteid): nombre obsoleto de las proteínas conjugadas (véase Proteínas). Proteína (Protein): polímero natural de altoAÍ, formado predominantemente por aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Las P. representan más del 50% de los constituyentes orgánicos del protoplasma. En peso, constituyen el principal componente de la materia seca de los organismos vivos, y están entre los componentes funcionales más importantes de la célula viva. Todas las enzimas son P. y las enzimas catalizan las muchas reacciones bioquímicas que constituyen el metabolismo de la célula viva; estas reacciones están controladas por la modificación de la actividad y/o de la cantidad (es decir, de la tasa de síntesis) de las enzimas correspondientes. Algunos de los reguladores y mensajeros de estos procesos de control son también P., p.ej., las proteohormonas (véase Hormonas), las moléculas de represor y activador (véase Activación gènica; Operón) y las P. de membrana que determinan las concentraciones intracelulares de muchos sustratos y productos de enzimas (véase Transporte activo). Las P. estructurales contribuyen a la estructura mecánica de órganos y tejidos (p.ej., elastina, colágeno), o constituyen la parte fundamental de una estructura natural (p.ej., la seda del capullo de los insectos y de las telas de araña es la proteína fibroína; plumas, pelo, uñas, y pezuñas están formados principalmente por a-queratina). Las P. contráctiles (p.ej., actina y miosina en el músculo, dineína en cilios y flagelos) son responsables del movimiento de los organismos vivos. Ejemplos 640

de P. de almacenamiento son ovoalbúmina (clara del huevo), caseína (leche), gliadina (semillas de trigo) y zeína (semillas de maíz). Ejemplos de P. de transporte son hemoglobina (transporte de oxígeno en la sangre de los vertebrados) y albúmina sérica (transporte de ácidos grasos y muchas otras sustancias, incluyendo hormonas, drogas, etc.). Las P. están también implicadas en la defensa bioquímica, p.ej., anticuerpos, complemento, interferones y diversas P. del sistema de coagulación de la sangre. Ciertas toxinas bacterianas y vegetales son P. (véase Proteínas tóxicas). Los Venenos de serpiente (véase) contienen diversas enzimas y P. tóxicas. Las P. situadas sobre la superficie de las células permiten el reconocimiento de un tipo celular por otro, desempeñando así un papel en la morfogénesis y en el reconocimiento de tejidos extraños como tales (como en el rechazo de los injertos). El comportamiento y las propiedades de las P. están determinadas por su estructura. No existe límite teórico para la longitud de una cadena polipeptídica, siendo posibles todas las variaciones y combinaciones de los 20 aminoácidos que las constituyen (véase Código genético). La modificación post-traduccional de Proteínas (véase), la unión de grupos prostéticos no proteicos, y diferentes niveles de estructura cuaternaria, aumentan las posibilidades de variación estructural, de manera que la diversidad posible de estructura (y por tanto de función) es casi infinita. Las P. en solución no son ni rígidas ni inmóviles. Los enlaces entre los átomos de carbono del esqueleto de la proteína, y las cadenas laterales de los aminoácidos, permiten una considerable flexibilidad rotacional y torsional, y los movimientos térmicos de los átomos individuales producen asimismo movimientos de retorcimiento de la cadena. Estos movimientos son, con bastante certeza, importantes para la actividad enzimàtica de las P.; y se puede esperar que mutaciones que afecten a la flexibilidad de la cadena afectan también la cinética de la catálisis enzimàtica. (Véase Alosteria). [R.H. Pain, Nature 305 (1983) 581582], Clasificación: Una clasificación sistemática y lógica de los muchos miles (unos 40.000 en el hombre) de P. de todas las especies vivientes sólo sena posible en base a sus estructuras primaria y terciaria. Una división sencilla en enzimas y P.

Proteína no enzimáticas es práctica y significativa. Otra clasificación útil es: simples (puras, o no conjugadas) y conjugadas. Las P. simples se pueden s u b d i v i d i r , p o r su f o r m a m o l e c u l a r y su solubilidad, en globulares, solubles en agua, y f i b r o s a s , i n s o l u b l e s en agua (Tabla). Alternativamente, las P. se pueden clasificar por su origen, p.ej., virales, bacterianas, vegetales y animales. Las diferentes P. de un organismo se pueden clasificar en sanguíneas, de la leche, cerebroespinales, secretoras, musculares o estructurales, etc. Su localización subcelular t a m b i é n se u s a p a r a su c l a s i f i c a c i ó n , p.ej., ribosomales, microsomales, mitocondriales, lisosomales, nucleares, citosólicas o de membrana. Durante más de 30 años, la electroforesis ha sido una herramienta especialmente valiosa para la diferenciación de las proteínas del suero o del líquido cerebroespinal en la bioquímica clínica y el diagnóstico. La diferente migración electroforética de las P. de estos fluidos permite su clasificación en prealbúmina, albúmina, y c^-, a 2 , P f P2' y Y-gl°bulinas.

Tabla. Clasificación de las proteínas I. Proteínas simples o no conjugadas. 1. Proteínas globulares: solubles en agua o soluciones salinas diluidas; elipsoides rotacionales con coeficientes de fricciónf/f= 1,1-1,5. Representantes de este grupo son las Albúminas, Globulinas, Protaminas, Histonas, Prolaminas y Glutelinas (véanse). 2. Proteínas fibrosas: insolubles en agua y soluciones salinas; estructuras moleculares muy extendidas con un grado muy alto de asimetría molecular; muy estables frente a ácidos, álcalis y enzimas proteolíticas. II. Proteínas conjugadas: además de aminoácidos contienen una fracción no proteica, denominada grupo prostético, que generalmente es esencial y está unida por enlaces covalentes, heteropolares o coordinados. Los grupos prostéticos pueden ser glícidos, lípidos, ácidos nucleicos, metales, cromógenos, grupos hemo y residuos fosfato. Las proteínas que contienen dichos grupos se denominan, respectivamente, glico-, lipo-, núcleo-, metalo-, cromo-, hemo-, y fosfo-P.

Propiedades físico-químicas: 1. Propiedades de anfolito. El carácter anfolito de las P. está determinado por la presencia de grupos ácidos y básicos libres molécula. Según el

pH del solvente, la P. puede tener propiedades ácidas o básicas. El exceso de carga positiva o negativa tiene como resultado un aumento de la hidratación y la solubilidad de las P. El grado de hidratación depende del tamaño de la carga neta, i n d e p e n d i e n t e m e n t e de q u e s e a p o s i t i v a o negativa. Por otra parte, la dirección de migración en la electroforesis depende del signo de dicha carga. En su punto isoeléctrico (PI), una P. no tiene carga neta (es decir, está en f o r m a de zwiterión), de m a n e r a q u e su s o l u b i l i d a d y grado de hidratación son mínimos. La importante acción de tampón de las P. depende de su carácter anfolito. 2. Solubilidad. E s t á d e t e r m i n a d a por los aminoácidos de que está compuesta, la distribución de los aminoácidos polares y no polares sobre la superficie de su molécula, la forma molecular y el m e d i o c i r c u n d a n t e ( p H , f u e r z a i ó n i c a , temperatura). Las P. hidrofílicas están rodeadas por una capa de agua (capa de hidratación) y son capaces de ocluir las sustancias hidrofóbicas y evitar que se separen de la solución acuosa. Esta función protectora coloidal permite la estabilidad de muchos fluidos corporales. L a adición de solventes polares, c o m o alcohol o acetona, o c o n c e n t r a c i o n e s altas de sales, t i e n e c o m o resultado la pérdida de la capa de hidratación y causa la precipitación (precipitación por salado) de las P. Muchas P., sin embargo, necesitan una baja concentración de sales para prevenir su precipitación. Este efecto (disolución por salado) se debe a la supresión de la agrupación ordenada (asociación), o al azar (agregación), de las moléculas de P. por acumulación de cargas iónicas sobre su superficie. El diagrama de solubilidad es un criterio sensible de la pureza de la proteína: para un proteína homogénea, el gráfico de la cantidad de proteína añadida con respecto a la disuelta es una línea ascendente hasta un punto denominado punto de saturación. 3. Desnaturalización. Pérdida de la estructura nativa y la actividad biológica de las P. por destrucción de las estructura terciaria y cuaternaria, con formación de arrollamientos al azar y formas metaestables. Al desnaturalizarse, los enlaces no covalentes se rompen, en especial los puentes de hidrógeno. Los enlaces disulfuro sólo se rompen en p r e s e n c i a de a g e n t e s r e d u c t o r e s ( d e s n a turalización reductora). (Previamente a la deter641

Proteína

minación de la secuencia de aminoácidos, los enlaces disulfuro se escinden por oxidación con ácido perfórmico, produciendo dos residuos de ácido cisteico). Las P. se desnaturalizan con urea 6-8M, clururo de guanidina 6M, dodecilsulfato sódico al 1% y otros detergentes, en valores extremos ácidos o alcalinos del pH, por el calor, y por irradiación con rayos UV o X. Algunas veces la desnaturalización es reversible (renaturalización), incluso después del tratamiento con agentes reductores. En la Fig. 1 se representa a) la desnaturalización de ribonucleasa por reducción en urea 8M con tioetanol (2-mercaptoetanol), b) su reoxidación en urea 8M a uno de los 105 isómeros por los posibles enlaces disulfuro y c) su renaturalización a la forma enzimáticamente activa en medio libre de urea, por intercambio de disulfuro en presencia de trazas de tioetanol. La formación de estructuras completamente desordenadas tiene como resultado una desnaturalización irreversible, p.ej., la desnaturalización por calor de la ovoalbúmina (Fig. 2), destruye irreversiblemente la conformación de la cadena polipeptídica. Determinación de la Ai: Hay varios métodos físico-químicos disponibles para la determinación de la Mx de las P., que se pueden clasificar en dos grandes tipos: métodos cinéticos y métodos de equilibrio. Los métodos cinéticos se basan en la medida del transporte de partículas; incluyen técnicas que miden las tasas de difusión o de

Figura 2. Desnaturalización irreversible por calor de la ovoalbúmina. Las fuerzas intramoleculares débiles (no puentes disulfuro) se rompen y las cadenas polipeptídicas desplegadas se enmarañan y forman un gel, como en el merengue o en la clara de huevo cocida.

sedimentación en la ultracentrifuga, la viscosidad (p.ej., en el viscómetro Ubbelohde), las tasas de migración en la electroforesis o en la cromatografía en gel de poliacrilamida o en dextranos de porosidad conocida (red molecular). Los métodos de equilibrio se aplican a soluciones de P. que están en equilibrio termodinàmico. Tales métodos incluyen medida de la presión osmótica en un osmómetro de membrana, de la dispersión de la luz (el efecto Tyndall, que aumenta marcadamente al aumentar el tamaño de la partícula, se mide en un fotómetro dispersador de luz), y de la medida del ángulo pequeño, difracción de rayos X (que depende del radio de la masa de la proteína), con una cámara especial. La microscopía electrónica

renaturalización Forma nativa (4 puentes disulfuro)

centro activo desplegada HS

forma reducida (8 grupos SH) 1= puentes disulfuro

Figura l. Desnaturalización reductora y renaturalización de la ribonucleasa pancreática. 642

Proteina

representa un método más especializado para la determinación de la forma molecular y la existencia de subunidades; es particularmente adecuada para la determinación de la forma molecular y la composición de subunidades de los complejos multienzimáticos y de las proteínas con estructura cuaternaria; la preparación se tiñe negativamente, generalmente con tetróxido de osmio u otros metales pesados, y la resolución puede ser hasta de 1,5 nm. Si se conoce la composición de los aminoácidos y el número de péptidos trípticos, o la estructura primaria de la P., se puede calcular la Mr absoluta. En la actualidad, los métodos más frecuentes para la determinación de la M r de P. nativas o disociadas son los diversos métodos de ultracentrifugación, la filtración en gel y la electroforesis en gel de poliacrilamida. 1. Métodos de ultracentrifugación. La M se determina en la ultracentrífuga por la medida de la tasa de sedimentación o del equilibrio de sedimentación. En los métodos de la tasa, se usan fuerzas centrífugas muy altas (p.ej., velocidades del rotor de 40-50.000 rpm, que representan fuerzas del orden de 100.000 g). En estas condiciones, las moléculas de proteína coloidal tienen una densidad mayor que la del solvente, su tasa de difusión es alta en comparación con la tasa de retrodifusión y sedimentan por completo. La tasa de sedimentación es directamente proporcional a la Mt, es decir, cada proteína migra al fondo de la célula de ultracentrifugación a diferente velocidad, dependiendo de su tamaño. Los cambios de concentración de proteína resultantes a lo largo de la célula durante la ultracentrifugación se controlan por métodos ópticos, p.ej., con óptica schlieren, con óptica de interferencia de Rayleigh o por absorción de UV. La unidad de masa para la sedimentación por unidad de tiempo es el Svedberg (S). Los valores S de las P. varían desde 1,2 S (insulina) hasta 185 S (virus del mosaico del tabaco). Con este método, las mezclas de P. se separan en sus componentes principales. Por ejemplo, el suero se separa en macroglobulinas, que sedimentan más rápidamente (Mr aprox. 106), globulinas (M aprox. 160.000),'y albúmina (A/ aprox. 67'.500) o prealbúmina (M aprox. 61.000) (Fig. 3). Se debe tener en cuenta que al principio de la ultracentrifugación, la célula de ultracentrifugación contiene una solución homogénea de P. Así, los

A+G

Figura 3. Patrón de sedimentación del suero humano normal en la ultracentrífuga, medido con sistema óptico schlieren. A la izquierda, gráfica obtenida a los 51 min del inicio de la centrifugación; a la derecha, a los 125 min. Centrifugación a 59.800 rpm. A = albúmina, 4,5 S; G = globulina, 7 S; M = macroglobulina, 19 S.

picos que se muestran en la Fig. 3 no son picos de concentración de proteínas; representan los límites de las diferentes concentraciones que se forman a medida que las P. se desplazan hacia el fondo de la célula de ultracentrifugación, por sedimentación a diferentes velocidades; el sistema óptico schlieren, empleando lentes cilindricas, muestra la tasa de cambio de concentración en cada dominio. LaM r se calcula por la ecuación de Svedberg, Ai = RTS/D(l-vp), donde 5 es la constante de sedimentación, corregida para la viscosidad y densidad del agua a 20°C, R la constante de gases, r í a temperatura absoluta (K), D la constante de difusión, íel volumen específico parcial de la proteína (= recíproco de la densidad de la molécula; para la mayoría de las P. es entre 0,71 y 0,74) y p la densidad del sistema solvente. La D. se determina por separado, midiendo el ensanchamiento del pico (¡límite!) causado por la difusión durante la centrifugación a baja velocidad. En los métodos de equilibrio, la solución de P. se somete a una fuerza de centrifugación de sólo 10.000-15.000 g. En estas condiciones, la sedimentación es lenta y el efecto de flotación se hace notar. Después de un período relativamente largo (horas o días), se alcanza un estado estacionario en el que la corriente neta de proteínas es cero. A partir del gradiente de concentración resultante entre el menisco y el fondo de la célula, se puede calcular la M r sin conocer el coeficiente de difusión. El tiempo requerido para el método de baja velocidad se puede acortar por el método de aproximación al equilibrio de Archibold (1947), en el que el gradiente de concentración se mide 643

Pro teína

en la parte de arriba de la célula, cuando la zona de las P. está sólo parcialmente desplazada desde el menisco. El tiempo de centrifugación se puede acortar más, a 2-4 horas, usando el método de depleción del menisco de Yphantis (1964) en c o n d i c i o n e s de alta velocidad ( m é t o d o de equilibrio de alta velocidad): se colocan pequeños volúmenes de la solución de P. en la célula de ultracentrifugación (0,1 mi de solución de P. al 5%, formando una columna líquida de 3 mm). El equilibrio de sedimentación se determina entonces a altas velocidades del rotor (hasta 40.000 rpm) cuando el menisco no contiene P. Los métodos de equilibrio de sedimentación no son adecuados para mezclas de P. porque se formarían gradientes de concentración superpuestos. El método Yphantis es especialmente adecuado para la investigación de la disociación y asociación de P. oligoméricas. En la centrifugación en gradiente de densidad (Martin y Ames, 1961), las P. migran en un gradiente de densidad creciente de sacarosa y cada proteína va a descansar a una zona discreta donde la densidad de su partícula coincide con la del solvente. Dado que la distancia a la que se mueve la proteína en el gradiente es inversamente proporcional a su Ai, esta se determina aproximadamente por comparación con laAÍ conocida de una P. patrón. Se puede usar el mismo método para caracterizar fracciones subcelulares, y éstas se aislan previamente en cantidades adecuadas aplicando el principio a grandes rotores (centrifugación de zona). 2. Filtración en gel o cromatografía de tamiz molecular. Se preparan geles con un tamaño de poro determinado a partir de perlas o gránulos de dextranos con enlaces entrecruzados, agarosa o poliacrilamida. Los análisis se realizan en columnas o en cromatografía en capa fina. Las partículas de gel contienen poros de tamaño definido. El solvente, las sales u otro material de M baja atraviesan los poros e impregnan las partículas de gel; pero las macromoléculas de un cierto tamaño superior no lo hacen y sólo pueden migrar en el solvente entre las partículas de gel. El método es barato, sólo se necesitan aparatos simples, los geles se pueden reutilizar muchas veces y los tiempos de separación son cortos. La versión del método en capa fina es especialmente económica en el uso de material del gel y de P. El parámetro para la determinación de la Ai es la tasa del volumen de elución, V, de la P, y el volumen 644

de exclusión, Vn (el volumen vacío, o muerto, es decir, el volumen del líquido intersticial entre las partículas de gel, que es el mismo que el volumen de elución de la sustancia excluida completamente del gel). En los métodos en capa fina, se compara la distancia que se recorre en la placa de gel con la de una P. patrón. Se prepara una curva de calibración con ayuda de varias P. patrón: V versus log de la Ai, o V7V versus log de la A/. Dependiendo del tipo de gel, el método mide aproximadamente A/ del rango de 500 a varios millones, con una precisión del 5 - 1 0 % . La cromatografía en gel es también útil para la determinación de la Ai de subunidades de P: el gel consiste en un dextrano de enlaces entrecruzados o agarosa, y se equilibra con el medio de d i s o c i a c i ó n , q u e c o n t i e n e 0 , 1 - 1 % de dodecilsulfato o cloruro de guanidinio 4-6M. El rango del análisis de la Ai está limitado a 5.00070.000. 3. Electroforesis en gel de poliacrilamida., abrev. PAGE. Se prepara un gel con el tamaño de poro deseado por la simultánea polimerización y formación de enlaces entrecruzados de acrilamida con bis-acrilamida. La electroforesis se realiza en tubos, o en láminas de gel de 7-10 cm de longitud. En los métodos de Fergusun (1964) y de Hedrick y Smith (1968), se mide la tasa de migración de las P. en geles de diferentes concentraciones (es decir, de diferentes tamaños de poro). Se hace un gráfico con los valores de la distancia de migración en relación con la concentración del gel (%) para una serie de proteínas patrón. La calibración es lineal en el gráfico si se usan los logaritmos de los valores de la M r. Alternativamente,' la electroforesis se realiza en presencia de dodecilsulfato sódico (SDS). El método fue introducido por Shapiro (1967) y se conoce comúnmente como SDS-PAGE. Las moléculas del detergente aniónico forman una capa alrededor de la cadena polipeptídica, con sus cargas negativas expuestas al medio circundante. Las P. globulares se desenrollan (puede ser necesario añadir 2 - m e r c a p t o e t a n o l para r o m p e r los p u e n t e s disulfuro), formando estructuras similares a bastoncillos rígidos. La molécula de SDS se une a los polipéptidos con una tasa de peso constante, correspondiendo a aproximadamente una molécula de SDS por cada tres enlaces peptídicos, de manera que la carga por unidad de longitud es constante (las cargas de la proteína nativa están

Pro teína cubiertas y pueden ser ignoradas). Así, en un campo eléctrico determinado, la aceleración de cada molécula de proteína recubierta de SDS es la misma. La separación depende únicamente del tamaño de la molécula y del efecto tamizador del gel. La relación entre el log de la Ai y la distancia relativa de migración es lineal, y el sistema se calibra con P. de Ai conocida. Dado que la mayoría de las proteínas oligoméricas se disocian por acción del SDS, el m é t o d o se usa para la determinación de la Ai de las subunidades. Es el método más rápido (2-4 h) y el más económico por el material que se usa (10-50 |ig de P. por análisis), con una precisión de 5-10%. Las P. de cadena simple tienen Ai entre 10.000 y 100.000; las P. oligoméricas (de cadena múltiple) tienen Ai entre 50.000 y varios millones. Determinación de la simetría molecular: La simetría molecular de las P. se puede determinar por medida de la viscosidad, la birrefringencia, las tasas de sedimentación y difusión, o directamente, por microscopía electrónica. Para una Ai conocida, el coeficiente de fricción se calcula por medidas de ultracentrifugación, p.ej., a partir de la sedimentación: Ai(l-vp) S donde v es el volumen específico parcial, p la densidad y S la constante de sedimentación. El cociente axial a/b de una proteína se puede derivar del cociente de f r i c c i ó n ^ , d o n d e ^ es l a / d e una molécula esférica. El valor a/b de la mayoría de las P. globulares está entre 2 y 20, y mayor de 20 para las P. fibrosas, p.ej., el cociente axial del fibrinógeno es 30. Purificación y aislamiento. El material b i o l ó g i c o c o n t i e n e g e n e r a l m e n t e una gran variedad de P. junto con glícidos, lípidos y ácidos nucleicos. Por tanto, es necesario hacer una purificación previa a la caracterización detallada de cualquier proteína. Las P. estructurales fibrosas e insolubles, y las P. solubles que se encuentran a concentraciones altas (p.ej., la hemoglobina de los eritrocitos, la caseína de la leche, la tripsina del jugo pancreático) se aislan con relativa facilidad. En el caso de la mayoría de las P. globulares, sin embargo, la separación de impurezas requiere procedimientos de separación de varias etapas. Los artefactos causados por la acción de las proteasas se puede evitar usando inhibidores de proteasas

(p.ej., di-isopropil-fluorofosfato) y/o trabajando a 4°C, de manera que las proteasas sean relativamente inactivas. Con la excepción de las P. séricas, del fluido cerebroespinal, la leche, la clara de huevo y diversas secreciones, las P. están localizadas en el interior de las células y los tejidos. Por tanto, la primera etapa de la purificación consiste en la extracción del material biológico, seguido de la ruptura de las paredes celulares y/o las membranas por métodos mecánicos (cuchilla de corte por rotación de alta velocidad; abrasión en vidrio de ajuste muy estrecho, o en superficies de teflón y vidrio, p.ej., homogeneizador de Potter-Elvehjem), por métodos físicos (ultrasonidos; congelación y descongelación alternativas; trituración del tejido congelado con gránulos finos de A1 2 0 3 ; agitación con perlas de vidrio; cambio de pH; c h o q u e o s m ó t i c o ; t r a t a m i e n t o con detergentes; inyectando una pasta congelada del material biológico entre superficies de acero muy ajustadas, p.ej., la prensa de Hugh para la ruptura de bacterias; introduciendo una suspensión de células a través de un orificio fino, a alta presión p.ej., prensa francesa), o por métodos enzimáticos (tratamiento con proteasas como tripsina, papaína, lipasas, neuraminidasa, hialuronidasa, o lisozima). El homogenado celular resultante se puede extraer con diversos reactivos c o m o soluciones salinas, glicerol, ácidos diluidos, detergentes y una amplia variedad de tampones. Los restos celulares se eliminan por filtración o centrifugación a baja velocidad. El segundo paso es, generalmente, una separación preliminar por fraccionamiento con sulfato amónico. En su caso, los ácidos nucleicos se eliminan por precipitación con sulfato de protamina, o se hidrolizan a productos de baja Ai. por adición de ribonucleasa o desoxirribonucleasa. Los siguientes pasos de la p u r i f i c a c i ó n i n c l u y e n c r o m a t o g r a f í a (filtración en gel, intercambio de iones, adsorción) y, posiblemente, electroforesis preparativa con o sin transportador, o enfoque isoeléctrico. Algunos métodos rápidos y de alto rendimiento son la cromatografía de afinidad (1968) y la cromatografía de filtración de iones (1972), la separación protectora por membranas de ultrafiltración (1964), electroforesis preparativa (1959), enfoque isoeléctrico (1962), cromatografía de estabilización en gradiente de sulfato amónico (1972), cromatografía de tamiz de gradiente (1973), y precipitación fraccionaria con glicol de polietileno (1973). 645

Proteína La cromatografía de afinidad es una técnica de c o l u m n a de a m p l i a a p l i c a c i ó n . U t i l i z a la interacción reversible y bioespecífica entre los grupos funcionales de la proteína investigada y un ligando (sea una molécula p e q u e ñ a o un anticuerpo, un receptor u otra proteína específica) que se une covalentemente a un transportador insoluble inerte. Si el ligando es d e m a s i a d o parecido a la matriz, la interacción con la proteína se puede impedir estéticamente. Para obtener una capacidad de unión alta, se suelen usar pequeños ligandos que se unen a la matriz mediante una cadena hidrocarbonada de longitud variable (brazo flexible o grupo espaciador). Para obtener la máxima estabilidad del complejo proteína-ligando, se usa como ligando un sustrato o inhibidor específico (generalmente competitivo); para la purificación de los anticuerpos, se usan como l i g a n d o s los a n t í g e n o s c o r r e s p o n d i e n t e s . Alternativamente, se pueden inmovilizar sobre la matriz anticuerpos específicos de las P. deseadas. Debido a la alta sensibilidad de la interacción proteína-ligando, a menudo se puede aislar una P. de una mezcla en un paso único de cromatografía d e a f i n i d a d ; t o d a s las d e m á s s u s t a n c i a s , incluyendo P., pasan fácilmente por la columna. La P. deseada se libera (es decir, se disocia el complejo proteína-ligando) cambiando el pH o la fuerza iónica, o añadiendo un ligando competidor al solvente de elución. Las columnas se pueden regenerar y usar repetidamente. Uno de los muchos e j e m p l o s de c r o m a t o g r a f í a de afinidad es la purificación de deshidrogenasas NAD-dependientes, p.ej., la 3-fosfato de gliceraldehído deshidrogenasa, usando como ligando de afinidad NAD u n i d o c o v a l e n t e m e n t e a S e p h a r o s e (matriz) m e d i a n t e un b r a z o e s p a c i a d o r de á c i d o 6aminohexanoico. Después de deslizar la mezcla de enzimas a través de la columna, se eluyen las deshidrogenasas con tampones que contienen NAD (véase colorantes de Clorotriazina). Además de para la purificación de gran número de enzimas, el método se ha usado también para la purificación de anticuerpos y antígenos, hormonas, inhibidores macromoleculares, P. transportadoras y receptores (p.ej., el hasta ahora difícil de tratar receptor de insulina fue purificado 250.000 veces), e incluso poblaciones de células. La cromatografía de filtración iónica es una combinación de cromatografía de intercambio iónico y en gel sin gradiente salino que ahorra 646

mucho tiempo. La separación de las P. se realiza en 2-3 h sobre dietilaminoetil-(DEAE)-dextrano (entrecruzado) a pH constante. La ultrafiltración es una técnica rápida y protectora por la que una solución de P. es a la vez concentrada y liberada de contaminantes moleculares pequeños. Generalmente se opera con presión elevada más que con presión reducida. Usando el filtro de membrana apropiado (tamaño de poro del rango de 15 H-m o más), las mezclas de P. se fraccionan según su M . Se pueden preparar P. biológicamente activas a escala industrial, usando m e m b r a n a s t u b u l a r e s con g r a n d e s á r e a s de superficie y con una capacidad de producción diaria de varios miles de litros. En la actualidad, la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) ha r e e m p l a z a d o a m p l i a m e n t e a otros m é t o d o s (p.ej., la cromatografía en capa fina) para la separación e identificación de aminoácidos-PTH en estudios de secuenciación (véase más adelante). Se puede hacer H P L C de proteínas enteras sobre hidroxiapatita, pero la recuperación es a menudo muy baja. Para proteínas enteras se usa sílice recubierto de Silane en sistemas H P L C en fase reversa (el sílice sólo es i n a d e c u a d o , p e r o su b a j a compresibilidad lo hace ideal para relleno de las columnas de HPLC). Actualmente se están desarrollando polímeros orgánicos de baja compresibilidad adecuados para la H P L C de proteínas. Con los nuevos sistemas transportadores y aparatos refrigerados de alto voltaje, para la separación preparativa de P. se usan en la act u a l i d a d m é t o d o s e l e c t r o f o r é t i c o s . Se u s a n sistemas libres de transportadores (electroforesis continua) o e l e c t r o f o r e s i s de z o n a c o n u n transportador (electroforesis en bloque de almidón o en gel de poliacrilamida). La electroforesis continua se realiza generalmente sobre papel; las P. se mueven verticalmente hacia abajo con la corriente del tampón y, a la vez, están sometidas a separación horizontal a través del papel por una d i f e r e n c i a de potencial. En la e l e c t r o f o r e s i s continua en bloque de almidón, las P. están en su mayoría cargadas negativamente (tampón a pH 7-9) y emigran según su carga neta, mientras que la migración en la electroforesis en gel de poliacrilamida incluye el efecto adicional del tamaño molecular (efecto de tamiz molecular). Tras la electroforesis zonal, se corta el bloque de

Proteina

almidón o el gel en láminas, y se eluyen las proteínas más o menos puras en cada una de ellas. En el enfoque isoeléctrico, las P. se separan electroforéticamente en un gradiente de pH estabilizado por un gradiente de sacarosa, de manera que la separación depende de sus diferentes PIs. Durante el enfoque isoeléctrico, cada P. se desplaza a la posición que corresponde a su propio PI. Se corta la corriente y se vacía la columna cuidadosamente para recoger directamente cada banda de P. en una cantidad preparativa. La electroforesis discontinua (abrev. electroforesis disc: el término disc describe también de manera conveniente las bandas bien delimitadas, en forma de disco, que se forman en la versión en columna tubular de este método) aprovecha la discontinuidad del tamaño de poro del gel y del pH. Tiene un alto poder de resolución en comparación con otros métodos de separación de P. En la actualidad, cualquier afirmación de homogeneidad de P. debe estar apoyada por la evidencia de la electroforesis disc. El sistema se aplicó al principio para la separación en columnas tubulares de gel de poliacrilamida. Más tarde se hizo más preciso por la introducción de una técnica de gel en bloque, en el que varias muestras de P. se pueden desplazar simultáneamente sobre el mismo gel. Tal como se describe aquí, las condiciones se diseñaron originalmente para la investigación de P. séricas. Un bloque corto de gel de poro grande (conocido como gel concen-trador, contiene aproximadamente un 3% de acrilamida), tamponado a pH 6,7, se coloca sobre un gel de poro pequeño, tamponado a pH 8,9 (conocido como gel separador, contiene 7,5% de acrilamida). Ambos geles contienen un ion altamente móvil (el ion conductor), generalmente cloruro. El tampón (pH 8,3) de los compartimientos del ánodo y el cátodo contiene glicina (el ion arrastrador), que tiene carga neta negativa pero es menos móvil que el cloruro. La(s) P. se incorpora(n) a una mezcla de gel idéntica a la del gel concentrador, y se extienden sobre él. Se eligen las condiciones de pH de manera que las P. tengan movilidad entre el ion conductor y el arrastrador. A medida que la glicina entra en el gel concentrador, las P. quedan emparedadas entre los dos iones y concentradas en bandas muy apretadas, apiladas en orden decreciente de movilidad, la última seguida por la glicina. En este estado, entran en el gel separador y quedan por tanto sometidas a la discontinuidad

tanto del tamaño de poro como del pH. En esta situación, la movilidad de la proteína más rápida disminuye, la glicina adelanta a todas las P. y se mueve directamente detrás del cloruro, quedando cada delgada zona de iniciación de P. en un gradiente lineal de voltaje. La migración subsiguiente depende tanto de la carga como del tamaño molecular de cada P. El criterio de pureza de las P. es la homogeneidad. Una preparación de P. considerada pura (es decir, que contiene una única P.) puede contener sales inorgánicas, moléculas orgánicas pequeñas (p.ej., sustratos, coenzimas) y agua. Incluso una P. cristalizada pude contener mucha agua y posiblemente otras moléculas pequeñas e iones. Un problema especial en relación a la homogeneidad de las P. se pone de manifiesto en el estudio de la estructura cuaternaria, cuando es necesario determinar si las subunidades son idénticas o no. La homogeneidad se puede controlar por electroforesis disc analítica (una banda de P.), ultracentrifugación analítica (un solo dominio simétrico), diagrama de solubilidad y PI. Una P. homogénea muestra una composición de sus aminoácidos constituyentes en cantidades de más o menos el mismo orden y en proporciones similares; por tanto, la presencia de una P. contaminante de diferente composición de aminoácidos es fácilmente reconocible, especialmente si la composición de aminoácidos de la P. pura es conocida. La detección de más de un aminoácido N-terminal (por degradación de Edman, por dansilación, o por 2,4-dinitrofenilación) es indicadora de contaminación de otra P, ya que una cadena simple de P. sólo tiene un extremo N-terminal. De manera similar, la heterogeneidad está indicada por la presencia de más de un aminoácido C-terminal (determinada por tratamiento con carboxipeptidasa). Si se sabe que una P. contiene* residuos de lisina y arginina (es decir, lugares sensibles a la tripsina), el número máximo teórico de péptidos trípticos es x + 1. Si este número es mayor es que no hay homogeneidad. La capacidad de una P. para cristalizar demuestra también su pureza. En las enzimas, una evidencia más sobre su pureza la dan sus óptimos de pH y temperatura, la especificidad del sustrato, los parámetros cinéticos y su actividad catalítica específica. Detección y medida. Las P. se pueden detectar cualitativamente por diversos métodos de 647

Proteína

CH3

! ! I

CH3

CH, \ / CH

| NH2

ch 2

H2N —CH —CO-j-NH —CH —CO-¡-NH —CH2—CO-t-NH —CH —CO-¡-NH-CH-CO Val Gly Phe Asn Ala

Figura 4. Estructura primaria del extremo N-terminal de una cadena proteica. d e s n a t u r a l i z a c i ó n : precipitación con ácido tricloroacético, ácido perclórico, ácido pícrico y sales de metales pesados (Cu, Fe, Zn, Pb), o por calentamiento a su PI. También hay reacciones coloreadas para ciertos residuos de aminoácidos (grupos aromáticos, fenólicos, SH y guanido) y para el enlace peptídico. En el método de Lowry, c o m b i n a la reacción c o l o r e a d a del biuret, específica para los enlaces peptídicos, con el reactivo Folin, específico para residuos de tirosilo y triptofanilo, para el análisis colorimétrico de P. (límite inferior de detección 5-10 |ig de P. por mi); el complejo de color azul que se forma tiene un máximo de absorción a 750 nm y es estable durante varias horas. El método se estandariza generalmente con albúmina sérica humana o bovina. El procedimiento cuantitativo para P. más antiguo es el método de Kjeldahl, en el que se digiere la muestra con ácido sulfúrico para convertir el nitrógeno de la P. en sulfato amónico; tras la alcalinización del producto de la digestión, el amonio es destilado al vapor en ácido 0,1 ó 0,001M y determinado por retrotitulación. El método más rápido y adecuado para las medidas rutinarias (p.ej., en una célula de espectrofotómetro de corriente continua) es la medida de la a b s o r c i ó n de U V a 2 8 0 nm, que d e p e n d e

principalmente de la presencia de residuos de tirosilo en las P. Conocido el coeficiente de absorción, A de una P. purificada (p.ej. valor de la tripsina, 15,4), la absorción a 280 nm permite calcular concentraciones desconocidas de la misma P. Composición y estructura: La secuencia de a m i n o á c i d o s en una P. está d e t e r m i n a d a genéticamente. El orden o secuencia correcta de todos los residuos de aminoácidos se conoce como estructura primaria (Fig. 4). La p r i m e r a e s t r u c t u r a p r i m a r i a q u e se determinó fue la de la insulina, en 1953. A finales de 1980, se había dado a conocer la estructura p r i m a r i a c o m p l e t a de más de 7 0 0 P. L a determinación de la estructura primaria está precedida generalmente por la determinación de la composición de aminoácidos, es decir, la hidrólisis total de la P., seguida por la determinación cuantitativa de todos los aminoácidos del producto de la hidrólisis. Existen varios métodos para la separación y determinación cuantitativa de aminoácidos en una mezcla, p.ej., cromatografía en papel, electroforesis de alto v o l t a j e y c r o m a t o g r a f í a g a s - l í q u i d o de los derivados volátiles de aminoácidos. Sin embargo,

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9), excepto la S6 (pK 4,9), la L7 (pK 4,8) y la L12 (pK 4,9). El fuerte carácter básico de las P.r. se debe a su alto contenido de lisina y arginina. Se han secuenciado las L7 y L12; ambas contienen 120 residuos aminoacídicos y difieren sólo en que la L7 tiene un grupo acetiloN-terminal. Las propiedades físicas y químicas de las L7 y L 1 2 son muy s i m i l a r e s a las de p r o t e í n a s contráctiles c o m o miosina y flagelina. Las subunidades 50S que carecen de L7 y L12 no tienen actividad de GTPasa, pero la GTPasa EFGdependiente se restaura por adición de cualquiera de las dos. Cuando a una mezcla de reconstitución (véase Ribosomas) se añaden anticuerpos de L7 y L12, las partículas resultantes carecen de actividad de GTPasa. Los anticuerpos de L7 y L12 impiden también la formación de un complejo entre EFG, GTP, la subunidad 50S y el ácido Fusídico (inhibidor de la traslocación; véase). Ello sugiere que las proteínas L7 y L12 están implicadas en la hidrólisis de GTP en la traslocación, actuando como lugar de unión de EFT U , EFT S y EFG sobre la s u b u n i d a d g r a n d e del r i b o s o m a (véase biosíntesis de Proteínas); pueden incluso actuar como proteínas contráctiles en el movimiento físico del ribosoma a lo largo del mRNA durante 668

la traslocación. El uso de anticuerpos específicos es una herramienta muy útil para el estudio de la función y la localización de las P.r. en el ribosoma. Todas las proteínas S y la mayoría de las L son accesibles a los anticuerpos, lo que indica que, al menos parcialmente, están expuestas en la superficie del ribosoma. O bien están unidas covalentemente al rRNA (proteínas de unión primarias) o interaccionan fuertemente con él. Probablemente, cada proteína se dispersa dentro de la matriz de RNA, de manera que haya muy poca, si es que la hay, interacción superficial entre las diferentes P.r. (véase Ribosoma, Fig. 2). Este modelo se apoya en estudios con reactivos de entrecruzamiento; cuando la distancia entre los lugares de unión del reactivo es de 5 Á, no hay prácticamente unión, hay relativamente poca si la distancia es de 9 Á y es mucho mayor si es de 12 Á. Para estudiar la función de las P.r., se realiza autoensamblaje en ausencia de una proteína determinada, o en presencia de una forma mutante. Se han i n v e s t i g a d o t a m b i é n las r e l a c i o n e s espaciales, intentando la reconstitución con proteínas entrecruzadadas, y los estudios sobre el efecto del orden de adición de cada proteína durante la reconstitución han sido especialmente reveladores. La agrupación de las proteínas se ha estudiado también por digestión suave de la subunidad 30S intacta con ribonucleasa, que produce fragmentos ribonucleoproteicos (fragmentos Brimacombe) de tamaño variable, representando subgrupos de la unidad ribosómica original. Por ejemplo, uno de tales fragmentos contiene S7, S9, S10, S13, S14 y S19, mientras que otro contiene S4, S5, S6, S8, S i l , S15, S16, S17, S18 y S20, que constituyen dos agrupaciones situadas en lados opuestos de la subunidad 30S. Las partículas reconstituidas en ausencia de S4, S7, S8, S9, S16 o S17 no son funcionales y muestran una tasa de sedimentación muy distinta; las partículas reconstituidas en ausencia de S3, S5, S10, S i l , S14 o SI9, no son funcionales y presentan tasas de sedimentación alteradas; las SI, S2, S6, SI2, SI3, SI8, S20 y S21 no se necesitan para el e n s a m b l a j e , pero son n e c e s a r i a s o estimuladoras de la función. Las S4, S8, SI5, y S20 están unidas de manera especialmente ajustada al rRNA 16S. En la medida que es posible atribuir funciones a las distintas P.r., se han demostrado las siguientes relaciones: SI, unión al mRNA; S2, S3, S10, S14, S19, S21, unión al tRNA; S3, S4, S5, S i l , S12, reco-

Proteínas séricas

Ordenación tridimensional de las 21 proteínas S de la subunidad 30S de losribosomasde Escherichia coli. Las flechas indican la naturaleza y la intensidad de las interacciones entre las subunidades individuales. El RNA 16S proporciona el armazón para el proceso de ensamblaje. Para más detalles concernientes al orden y la naturaleza de las interacciones, véase Nomura, M. (1973)Science 179, 869.

nocimiento del codón; SI, S2, S3, S10, S14, S19, S20, S21, función de los lugares A y P; S9, S i l , S18, unión al aminoacil-tRNA; S2, S5, S9, S i l , proximidad estrecha a la GTPasa. Los ribosomas funcionales se pueden reconstituir a partir rRNA y P.r. de diferentes organismos, p.ej., el rRNA 16S de Bacillus stearothermophilus y las proteínas S de Escherichia coli forman subunidades 30S híbridas activas. Las proteínas implicadas en la unión de la subunidad 50S a la 30S son la S20 (en realidad unida a la subunidad 50S), las S5 y S9 (ambas restauran la capacidad de la 30S para combinarse con la 50S, y los anticuerpos de S9 impiden la combinación de la 30S con la 50S), la S16 (se une con la 50S por reactivos de entrecruzamiento), la S12 (se une al rRNA 23S), la S11 (los anticuerpos de la S i l impiden la combinación de la 30S con la 50S, y la SI 1 se une al rRNA 23S). La replicasa del virus Q(3 (un fago de RNA) consta de cuatro unidades; una está codificada por el virus, mientras que las otras tres son las proteínas del huésped EFTU, EFTS y la proteína ribosómica SI. La Fig. muestra un modelo tridimensional de la ordenación de las P.r. en la subunidad 30S. No hay suficientes evidencias para construir un modelo tridimensional que incluya las 34 proteínas L. Muchos antibióticos actúan combinándose con las P.r., p.ej., la estreptomicina interacciona con la SI2, y se ha comprobado la existencia de una

S12 alterada en las bacterias mutantes resistentes a la estreptomicina. La eritromicina interacciona con la L22, y la espiramicina con la L4. Proteínas secretoras (Secretory proteins): proteínas que se sintetizan intracelularmente, a menudo en órganos secretores especializados (p.ej., las glándulas digestivas) para después ser secretadas. Cuando son enzimas se llaman enzimas secretoras. En las células activamente implicadas en la síntesis de P.s., el retículo endoplásmico rugoso (RER) está altamente desarrollado. De manera general, se puede decir los polisomas no unidos a membranas sintetizan las proteínas que se van a quedar en la célula, mientras que las P.s. son sintetizadas en polisomas unidos al retículo endoplásmico. El concepto actual sobre la síntesis y secreción de P.s. se debe principalmente al trabajo de Palade (véase Palade, G. «Intracellular aspects of the process of protein synthesis», Science, 189 (1975) 347-358); sus estudios sobre la síntesis y secreción de enzimas digestivas por las células exocrinas del páncreas del cobaya proporcionaron un modelo conceptual para este proceso en todas las células secretoras. Durante la síntesis en el RER, las P.s. pasan al lumen a través de la membrana reticular, para pasar después al aparato de Golgi, donde se condensan en gránulos de secreción que abandonan la célula por exocitosis. En otras células (p.ej., los hepatocitos), el retículo endoplásmico liso (SER) puede actuar en la transferencia de P.s. desde el lumen del RER al aparato de Golgi. La síntesis y secreción al lumen del RER depende de la formación y posterior eliminación de una secuencia péptido señal (véase hipótesis de la Señal). Otras modificaciones, como glicosilaciones (véase modificación post-traduccional de las Proteínas), se asocian también con la producción intracelular de P.s. (muchas de ellas son glicoproteínas). La mayoría de las P.s. proteolíticas se sintetizan como precursores inactivos (p.ej., tripsinógeno), evitando así la autodigestión (autólisis) de la célula productora. Las P.s. se secretan a la sangre (p.ej., albúmina sérica, colinesterasa sérica y enzimas de la coagulación de la sangre que se sintetizan en el hígado), o a los conductos de sus glándulas productoras (p.ej., amilasa salivar y pancreática). Proteínas separables (Split proteins): véase Ribosomas. Proteínas séricas (Serum proteins): véase Proteínas plasmáticas. 669

Proteínas tardías

Proteínas tardías (Late proteins): véase desarrollo del Fago. Proteínas tempranas (Early proteins): véase desarrollo del Fago. Proteínas tóxicas (Toxic proteins): proteínas no enzimáticas de cadena sencilla, la mayoría de Ai baja, producidas especialmente por serpientes y animales invertebrados, pero también por algunas plantas (fitotoxinas) y cepas virulentas de bacterias. Con la excepción de las enterotoxinas bacterianas y las toxinas de Botulinus, las P.t. no tienen actividad oral y son tóxicas solamente cuando son inyectadas, es decir, cuando no pasan por el tracto intestinal. Son toxinas vegetales conocidas, 1. las viscotoxinas homologas (Ai 4.840,46 residuos de aminoácidos en secuencia conocida, 3 puentes disulfuro) de las hojas y las ramas del muérdago europeo, que tienen actividad hipotensiva y causan enlentecimiento de los latidos del corazón; 2. las toxoalbúminasRicina (véase) y abrina que inhiben la biosíntesis proteica. Las toxinas bacterianas mejor estudiadas son las exotoxinas termolábiles de las bacterias Grampositivas, que se segregan al medio exterior circundante: 1. Staphylococcus aureus segrega cinco enterotoxinas al tracto intestinal que causan diarrea y vómitos. Se conoce la estructura primaria de la Enterotoxina B (A/ 28.370, 293 residuos de aminoácidos, un puente disulfuro). 2. La toxina de la Difteria producida por Corynebacterium diphtheriae es una proteína ácida de cadena sencilla (Ai 62.000) de alta toxicidad (1 M-g/kg de peso corporal es fatal). Inactiva la peptidilo transferasa II de las células eucarióticas promoviendo la unión de ADP-ribosa a la enzima. 3. La toxina del tétanos de Clostridium tetani existe en dos formas, toxina filtrada y celular. La primera tiene dos subunidades (Ai 95.000 y 55.000) y la segunda una subunidad. En el ratón, una dosis de 0,01 ng/kg es fatal. La toxina del tétanos inhibe parcialmente la unión de la neurotoxina botulinum tipo A a las terminales nerviosas. 4. Las cinco toxinas de Botulinus de Clostridium botulinum, altamente tóxicas, son proteínas de SH y requieren la presencia de un grupo SH libre para su actividad neurotóxica. Son resistentes a las enzimas digestivas proteolíticas, pero se destruyen por ebullición; 0,03 ng/kg son fatales para el ratón. La tipo A (Ai 140.000) se une específicamente a las membranas de las terminales de los nervios periféricos, inhibiendo irreversiblemente la 670

liberación de acetilcolina. [J.O. Dolly et al., Nature 307 (1984) 457-460], Las endotoxinas son relativamente termoestables y se liberan por autólisis de las bacterias. Las toxinas del cólera (Ai 84.000-102.000) son endotoxinas liberadas por las bacterias Gramnegativas Vibrio cholerae en el intestino. Están compuestas por dos subunidades funcionalmente diferentes, L y H. La subunidad L tiene afinidad alta por los gangliósidos de las membranas de células nerviosas, adipocitos, eritrocitos, etc., mientras que la subunidad H es responsable de la toxicidad. Las bacterias intestinales producen las endotoxinas denominadas colicinas (Ai 60.000). Su toxicidad se debe a que inhiben la división celular y la degradación del DNA y del RNA (colicina E2), o la biosíntesis proteica por inactivación de la subunidad 30S de los ribosomas (colicina e3)Proteinoides (Proteinoids): heteropoliaminoácidos; polipéptidos preparados artificialmente (Ai > 1.000), con un rendimiento del 20-40%, por calentamiento de una mezcla de varios aminoácidos a 170°C durante 16 h (condensación termal). Muestran muchas similaridades con las proteínas globulares, p.ej., por las cantidades relativas de aminoácidos individuales, solubilidad, propiedades espectrales, desnaturalización, degradación por proteasas, actividad catalítica (p.ej., actividad de esterasa, de ATPasa). Se pueden considerar como modelos de las primeras moléculas transportadoras de información. En el agua, se organizan como microsistemas de ultraestructura típica (microsferas), con propiedades comunes con las células vivas como poseer una membrana formada por dos capas, que presenta un cierto grado de semipermeabilidad; también se pueden multiplicar, en ausencia de ácidos nucleicos, por gemación. Proteoglicanos (Proteoglycans): compuestos de glícidos y proteínas de Ai alta, presentes en los tejidos estructurales animales, p.ej., la sustancia intercelular del cartílago y el hueso, a los que proprociona viscosidad, elasticidad y resistencia a los organismos infecciosos. Cada P. contiene 40-80 cadenas de mucopolisacáridos ácidos (glucosaminoglucanos) unidos a la proteína por medio de enlaces O-glucosídicos a serina o treonina. A diferencia de las Glicoproteínas (véase), el grupo prostético de los P., Ai 20.000-30.000, consiste en muchas (100-1.000) unidades no ramificadas de disacáridos que se repiten regular-

Proteólisis mente. Los disacáridos están compuestos de N - a c e t i l h e x o s a m i n a ( q u e p u e d e o no e s t a r sulfatada) unida a ácido urónico o a galactosa. En los sulfates de condroitina, la región de unión entre el polisacárido y la proteína contiene xilosa unida a serina por un enlace O-glucosídico; a continuación presenta dos residuos de galactosa y un ácido glucurónico, al cual se une la primera unidad repetitiva de disacárido. En el sulfato de queratano corneal, la cadena de polisacárido está unida a la proteína por un residuo de glucosamina que se une a una cadena lateral de asparagina por un enlace glicosilamina. En el sulfato de queratano del cartílago, la mayoría de las uniones glícido-proteína son enlaces O-glucosídicos entre /V-acetilglucosamina y el grupo hidroxilo de serina o treonina. L o s s u l f a t o s de c o n d r o i t i n a , j u n t o con el colágeno, son los principales componentes del cartílago. La piel de los mamíferos contiene sulfato de dermatano y la mucosa intestinal heparina unida a proteína. La heterogeneidad de los P. se debe a las diferencias de longitud de las cadenas polipeptídicas y al número y distribución de las cadenas de polisacáridos unidas a ellas. También existe microheterogeneidad debida a pequeñas diferencias en la longitud de las cadenas de polisacaráridos y a la distribución de los residuos de sulfato. Los P. se extraen del cartílago en condiciones s u a v e s c o n c l o r u r o de g u a n i d i n i o 4 M . L a s subunidad de P. resultante tiene S w = 16S (véase

coeficiente de Sedimentación) y Ai 1,6 x 106. En el tejido, los P. se presentan en forma de agregados moleculares gigantes (Sw = 70S-600S), form a d o s por a s o c i a c i ó n n o c o v a l e n t e de las subunidades de P. con una glicoproteína. Proteohormonas (Proteohormones), hormonas proteicas: proteínas (a menudo glicoproteínas) con función hormonal. Como otras proteínas, se sintetizan por la traducción del m R N A correspondiente y se degradan por proteólisis. La Ai de los monómeros varía entre 5.000 y 25.000 y la de dímeros y polímeros es proporcionalmente mayor. Véase Coriogona-dotropina; Hormona folículoestimulante; Hormona luteinizante; Tirotropina. Aunque existe una estrecha relación entre las hormonas proteicas y Peptídicas (véase), se hace distinción entre ambas. Proteólisis (Proteolysis), degradación proteica: hidrólisis de las proteínas por acción de. enzimas proteolíticas o, sin enzimas, por ácidos (p.ej., C1H 6M a 110°C durante 24 h o más) o álcalis, originando aminoácidos como productos finales. En el intestino, las proteínas de la dieta se hidrolizan a L-aminoácidos por P. Después de su absorción, estos aminoácidos se usan para la síntesis de proteínas específicas del organismo, las cuales, a su vez, se hidrolizan a aminoácidos por P., en el proceso c o n t i n u o de síntesis y degradación de los constituyentes celulares (véase Recambio). Se hace distinción entre P. extracelular (p.ej., digestión o coagulación de la sangre) y P.

Tabla. Formación de proteínas biológicamente activas, a partir de precursores inactivos, por limitada. AA, aminoácidos; Chy, quimotripsina; CP, carboxipeptidasa Proteína inactiva Pepsi nógeno Prorennina Tripsinógeno Chy-ógeno Pro-CP A Protrombina Proinsulina Fibrinógeno

Mr 42.500 36.200 24.000 25.666 90.000 72.000 9.100 340.000

No. de AA 362 321 229 245 850 560 84 3.400

Fragmento activo Pepsina Renina Tripsina Chy A CP A Trombina Insulina Monómero de fibrina

Mr 34.500 30.700 23.400 25.170 34.300 39.000 6.000 327.000

proteólisis

No. de AA 327 272 223 241 307 309 51 -3.270

En la P. limitada sólo se hidrolizan determinados enlaces peptídicos de una proteína; así se producen proteínas o péptidos biológicamente activos (p.ej., enzimas u hormonas) o inactivos (p.ej., la para-K-caseína). Se realiza P. limitada en la digestión y en la coagulación de la sangre y de la leche; es responsable de la activación de los zimógenos y de la liberación de ciertas hormonas peptídicas, p.ej., insulina, angiotensina, vasopresina, oxitocina y diversas quininas (véase Tabla). 671

Protoalcaloides

intracelular. Ésta se produce a pH neutro o ácido y las endopeptidasas que la realizan (denominadas catepsinas) se encuentran principalmente en los lisosomas. Las catepsinas de órganos ricos en proteasas, como el hígado, el bazo o los ríñones, se clasifican en catepsinas A, B, C, D, E y L. Las catepsinas A a E tienen su pH óptimo entre 2,5 y 6, y (a excepción de la D y la E) también hidrolizan sustratos sintéticos de baja Mt. Otras catepsinas son activas sólo a pH neutro y atacan sólo proteínas. La Mt de las catepsinas varía entre 25.000 (catepsiná B) y 100.000 (catepsina E). Las catepsinas B, B2, C y algunas catepsinas neutras son enzimas-SH. En las células intactas, la P. está controlada y se realiza en los lisosomas (autofagia). En células dañadas, las mismas catepsinas se liberan de los lisosomas rotos y realizan autólisis, es decir, la total e incontrolada degradación de la célula. Protoalcaloides (Protoalkaloids): véase Aminas biogénicas. Protocariota (Protokaryote): véase Célula. Protocianina (Protocyanin): véase Cianidina. Protohemo (Protoheme), hemo, ferrohemo, ferroprotoporfirina, protohemo IX: [7,12dietenil-3,8,13,17-tetrameti 1-21H, 23H-porfina2,18-dipropanoato (2-)-N21, N22, N23, N24]-hierro; o complejo ferroso del ácido 1,3,5,8-tetrametil2,4-diviniIporfina-6,7-propiónico, CJ4H32FeN404. Ai 616,48. El protohemo cristaliza en forma de finas agujas de color marrón con brillo violeta; e572 = 5,5 x 103; en tampón fosfato a pH 7,0 presenta un máximo de absorción a 575 nm y a aproximadamente 550 nm. Es el grupo prostético de varias hemoproteínas, p.ej., hemoglobinas, eritrocruorinas, mioglobinas, algunas peroxidasas, catalasa y citocromos b. Los CH3

CH=CH2

-CH,

H,CCH2"

-Fe

N

I

-f

CH,

I

COOH CH2 CH2

I

C00H

Protohemo 672

CH,

\

-CH=CH¡

cuatro enlaces coordinados del hierro descansan en el plano del anillo casi plano de la porfirina, mientras que los dos lugares no ocupados del hierro se disponen perpendicularmente a él. Protómero (Protomer): véase Subunidad. Protopectina(s) (Protopectin(s)): sustancia fundamental de las paredes de las células vegetales. Consisten en Pectinas (véase) insolubles que probablemente son homoglicanos no puros. Se encuentran en las paredes celulares en forma de sales de calcio y magnesio. Las cadenas de ácido poligalacturónico que constituyen las P. están unidas entre sí por enlaces salinos, uniones fosfato y esterificación con arabinosa. Protoplasto (Protoplast): véase Célula 2. Prototrofismo (Prototrophism): propiedad de crecer a expensas de nutrientes usuales o comunes (véase Medio nutritivo), sin requerimientos especiales de Factores de crecimiento (véase). Los organismos que muestran P. se denominan prototróficos. Protrombina (Prothrombin), factor II: precursor de la Trombina (véase) en el sistema de la Coagulación sanguínea (véase). La proteína está formada por una sola cadena polipeptídica, Ai. 72.000 (582 residuos de aminoácidos), con un contenido de 14,7% (bovina) u 11,8% (humana) de glícidos. La síntesis de P. se realiza en el hígado de los vertebrados, y se necesita vitamina K para la síntesis de los residuos de y-carboxiglutamato (Gla) de la región N-terminal de la cadena. Durante la coagulación sanguínea, la P. se convierte en trombina por el factor X a (EC 3.4.21.6). Esta reacción se acelera unas 20.000 veces por el factor V activo y un fosfolípido acídico que normalmente se encuentra en el interior de las membranas celulares por lo que su presencia en el plasma indica que hay herida. Sin embargo, la reacción se acelera unas 100.000 veces en presencia de plaquetas y factor V . La P. se une a los fosfolípidos por sus 10 residuos de Gla; esta unión está mediada por el Ca2+. La región que contiene estos residuos (denominada Fl) es eliminada por la trombina in vitro; in vivo, sin embargo, esta escisión no se realiza. La primera escisión, por el factor Xa, elimina el segmento llamado Fl -2, M total 32.000. Además de la región Gla, este segmento contiene la región F2, que media la unión al factor V . Finalmente, se rompe el enlace Arg-Ile entre los péptidos A y B produciendo la trombina madura. [L.M. Jackson & Y. Nemerson, Ann. Rev. Bio-

Pseudo-isoenzimas 156-157 Arg-Ser

77 101 CH CH

Già

Fragmento 1

—rr

s-s s-s 18 23 41 61

139 127 I

274-275 Arg-Thr

Fragmento 2

¥

E l

s—s

220

n

351 367

S249

S—S 144

582 -S

«2

S-S s — s 4 « 510 524

554

244

Xo

Trombina

Factor Xa + Factor Va + Fosfolípido + Ca 2 *

—

s-s

I I

115

V

376 CH

323-324 Arg-Ile \/

Xa

Procoagulante de veneno de Echis carinatus

Protrombiná

1 p Fragmento

1-2

Pretrombina 2

Meizotrombina

i

n z > o : Fragmento

1 + Fragmento 2

Trombina

Estructura de la protrombina y su conversión en trombina. La ruta de la izquierda opera durante la coagulación sanguínea normal en respuesta a heridas, mientras que la de la derecha está promovida por el procoagulante del veneno de serpiente. Los fragmentos 1 y 2, formados a partir del fragmento 1 -2 por acción de la trombina, no tienen función fisiológica conocida. Gla = residuos de 4-carboxiglutamato. chem. 49 (1980) 765-811; J. Rosing et al., J. Biol. Chem. 261 (1986) 4224-4228); S. Magnusson et al., in E. Reich, D.B. Rifkin and E. Shaw, eds., Proteases and Biological Control (Cold Spring Harbor Conferences on Cell Proliferation) (Cold Spring Harbor Laboratory, 1975) pp.123-149]. Protromboplastina (Prothromboplastin): véase Coagulación sanguínea. Provitamina D2 (Provitamin D2): véase Ergosterol. Provitamina D3 (Provitamin D3): véase 7-Deshidrocolesterol. Provitaminas (Provitamins): precursores inactivos de las Vitaminas (véase). En su mayoría son de origen vegetal, y se convierten en vitaminas activas después de la absorción con la dieta. PRPP: abrev. de 1-pirofosfato de 5-fosforribosilo. Prunetina (Prunetin): 5,4'-dihidroxi-7-metoxiisoflavona, véase Isoflavona. Prunetrina (Prunetrin): 7-glucósido de prunetrina, véase Isoflavona. Prunina (Prunin): 7-glucósido de naringenina, véase Flavanona.

Pseudoalcaloides (Pseudoalkaloids): grupo de alcaloides antes asignados a otros grupos (p.ej., algunos fueron agrupados con los terpenos) con los que muestran una estrecha relación estructural. En su momento no se concedió importancia al contenido de nitrógeno. Pseudobaptígeno (Pseudobaptigen): véase Pterocarpanos. Pseudogiberelina A, (Pseudogibberellin A,): véase Giberelinas. Pseudohermafroditismo (Pseudohermaphroditism): véase Errores congénitos del metabolismo (hiperplasia suprarrenal). Pseudoindicanos (Pseudoindicans): antiguo nombre de los Iridoides (véase). Pseudo-isoenzimas (Pseudo-isoenzymes) : formas múltiples de una enzima que catalizan la misma reacción. Tienen propiedades similares a las isoenzimas, pero no presentan entre sí diferencias en su estructura primaria genéticamente determinadas. Su multiplicidad es el resultado de modificación enzimàtica o no enzimàtica de una secuencia primaria original, ya sea in vivo o in vitro (p.ej., durante su aislamiento). Ejemplos 673

Pseudopeletierina

de P. formados in vivo son las diferentes quimotripsinas, tripsinas, pepsinas y carboxipeptidasas, habiendo derivado cada grupo del mismo zimógeno. También entran en esta categoría los diferentes grados de agregación que muestran las enzimas oligoméricas formadas por subunidades idénticas, p.ej., la glutamato deshidrogenasa. La formación de P. in vitro es la causa de la existencia de 4 oc-amilasas, 2 fosfofructoquinasas de levadura, las nada menos que 13 lipoilo deshidrogenasas del músculo cardíaco y numerosas formas de fosfoglucosa isomerasa. Pseudopeletierina (Pseudopelletierine), f peletierina, pseudopunicina, 9-metil-3-granadanotia: 9-metil-9-azabiciclo-[3,3,l] nonan-3-ona, el más importante de los alcaloides de Púnica, que se encuentra en la corteza de las raíces de Púnica granatum. A/ 153,21, p.f. 54°C, p.e. 246°C. Su estructura está basada en la forma meso del granadano (9-azabiciclo [3,3,1] nonano). Para su biosíntesis, véase alcaloides de Púnica. Pseudotropina (Pseudotropine): Véase Alcaloides tropánicos. Pseudouridina (Pseudouridine), 5-p-D-ribofuranosiluracilo, 5-ribosiluracilo, f , f rd: análogo estructural de la uridina que contiene un enlace C-C entre el C-5 del uracilo y el C-l de la ribosa. Ai 244,2, p.f. 223-224°C. El ¥ es uno de los componentes raros de ácidos Nucleicos (véase) que se encuentra en el tRNA. A pesar de que su existencia se puso en discusión al principio, está ahora claro que se forma por reorganización de la uridina después de su unión a la cadena de tRNA, es decir, por modificación post-transcripcional del tRNA. En Salmonella typhimurium y Escherichia coli se ha aislado una enzima que puede modificar residuos de uridina específicos en la región del anticodón de muchas especies de tRNA.

Uridina

Pseudouridina

Psicofuranina (Psicofuranin): véase Angustmicina. 674

Psilocibina (Psilocybin): 4-fosforiI-oxi-(V,/Vdimetil-triptamina, p.f. 220-228°C. La P., y el compuesto relacionado psilocina (4-hidroxi-Ar,Afdimetil-triptamina, p.f,173-176°C) son conjuntamente responsables de la acción psicotrópica del cuerpo fructífero del hongo alucinógeno mexicano Teonanacatl (Psilocybe mexicana). La P. es el primer derivado fosforilado de indol natural que se ha aislado. Se hidroliza formando psilocina. Ambos compuestos son ligeramente venenosos; administrados por vía oral, o por inyección intramuscular, causan alucinaciones similares a las producidas por el LSD, aunque éste es unas 100 veces más potente.

Psilocina (Psilocin): véase Psilocibina. Psicotrópicos, agentes (Psychotropic agents): compuestos químicos que influyen en la psique humana y se usan en psiquiatría. Incluyen Narcóticos y Alucinógenos (véanse), y son casi exclusivamente de origen vegetal. Se encuentran unos 50 modos diferentes de actividad psicotrópica entre los aproximadamente 20.000 productos vegetales naturales. Además, en medicina se usan A.p. semisintéticos (productos naturales modificados químicamente) y sintéticos. Algunos A.p. se usan también como narcóticos. Todos los A.p. causan eventualmente cambios de perso-nalidad, por lo que su consumo y posesión está sometido a controles legales destinados a evitar su mal uso. Los A.p. tienen usos científicos y médicos; los productos psicotrópicos naturales son sustancias modelo en farmacia, farmacología y toxicología, y se usan, en general, en la investigación bioquímica de la función del sistema nervioso central. Pteridinas (Pteridines): grupo de compuestos que contienen el anillo de pteridina (Fig.). La mayoría de las P. naturales están relacionadas químicamente con la pterina (Fig.). Un número menor deriva de lumacina (Fig.). El ácido fólico (véase Tetrahidrofolato; Vitaminas; complejo B2) y la Tetrahidrobiopterina (véase) son P. que sirven como cofactores en la transferencia de hidrógeno. El ácido fólico es una vitamina para los mamíferos, los cuales, sin embargo, pueden sintetizar la

Pterocarpanos

Pteridina

Pterina

Lumacina H

tetrahidrobiopterina; a pesar de su similaridad química, estos compuestos se sintetizan en rutas diferentes. Dado su papel como cofactores de enzimas, están muy extendidos. Los cofactores se metabolizan y se excretan o se depositan como pigmentos, p.ej., Xantopterina, Leucopterina (véanse), sepiapterina, etc., en las alas de los insectos. (Los compuestos fueron descubiertos por G. Hopkins, en 1890, en alas de mariposas. El nombre deriva del griego «pteron» = ala). Los mamíferos excretan bio-, xanto-, neopterina y otras en la orina. No se han dilucidado completamente los detalles de su biosíntesis (1986), ya que hay varios compuestos intermedios altamente inestables (véase Tetrahidrobiopterina, ácido Fólico). La excreción elevada de neopterina se correlaciona con ciertas enfermedades malignas, infección viral y rechazo de los injertos, porque aparentemente, la neopterina es secretada por los macrófagos durante la activación de los linfocitos T. [I. Ziegler, en Biochemical and Clinical Aspects ofthe Pteridines, vol. 4 (1985) 347-361], La activación de los linfocitos in vitro es estimulada por sepiapterina, dihidro- y tetrahidropterinas, pero reprimida por xanto- e isoxantopterinas. Estas P. son, por tanto, linfocinas. Pterinas (Pterins): véase Pteridinas. Pterocarpanos (Pterocarpans), cumaranocromanos: isoflavonoides que poseen el anillo mostrado en la Fig.

OR N(CH3)2 Psilocibina: R = H 2 P0 3 Psilocina: R = H

Sistema anular del pterocarpano (nombre sistemático: 6a, lla-dihidro-6-H-benzofuro [3,2-c] [1] benzopirano; se muestra la numeración sistemática del anillo). Son ejemplos: pterocarpina (3-metoxi-8,9metilenodioxipterocarpano, Sophora japónica), homopterocarpina (3,9-dimetoxipterocarpano), ficifolinol (3,9-dihidroxi-2,8-di-y,y-dimetilalilpterocarpano, Neorautanenia ficifolia). Algunos P. son Fitoalexinas (véase), p.ej., Faseolina, Gliceolinas (véase), pisatina (3-metoxi-6ahidroxi-8,9-metilenodioxipterocarpano, Pisum sativum), maackiaína (3-hidroxi-8,9-metilenodioxipterocarpano, Lathyrus sp.), variabilina (3,9dimetoxi-6a-hidroxipterocarpano, Lathyrus sp.), medicarpina (3-hidroxi-9-metoxipterocarpano, Lathyrus sp.), nisolina (3,9-dihidroxi-10metoxipterocarpano, Lathyrus nissolia), metilnisolina (3-hidroxi-9,10-dimetoxipte-rocarpano, Lathyrus nissolia) [D.J. Robeson & J.L. Ingham Phytochemistry 18 (1979) 1715-1717]. Por otra parte, se han aislado muchos P. en plantas sanas, no sometidas a estrés, especialmente en el albumen de plantas de los géneros tropicales de Leguminoseae. La configuración relativa del centro quiral 6a,lia es cis. La configuración de los (-)-P. es 6aR, 1 laR, y la de los (+)-P es 6aS, 11 aS. [K.G.R. Pachler & W.G.E. Underwood Tetrahedron 23 (1967) 1817-1826], Como otros isoflavonoides, los P. se encuentran casi exclusivamente en las Leguminoseae. Se han estudiado las relaciones estructurales que determinan las propiedades de fitoalexinas (es decir, fungicidas) de los P. [H.D. Van Etten Phytochemistry 15 (1976) 655-659]. Los 6a,11adeshidro-P. (que tienen una forma completamente diferente que los P.), son también fungicidas activos, por lo que no parece necesaria una forma tridimensional común. Biosíntesis. La investigación de la biosíntesis de los P. fitoalexinas es relativamente fácil, dado que se puede inducir su síntesis mediante tratamiento de las plantas con hongos, Elícitor (véase), luz UV, o sales de metales pesados. Si se añade un precursor marcado isotópicamente en el momento de la máxima síntesis, se observa una alta incorporación del isótopo. Se ha demostrado, p.ej., que la 2',4',4-trihidroxicalcona y la formononetina son excelentes precursores de medicarpina en brotes de alfalfa. En el mismo sistema, la medicarpina y el isoflavano vesitol son 675

Pterocarpina

interconvertibles, presumiblemente por medio de un ion de isoflavanio (véase Isoflavonoides). Se administró [1,2-13C2]-Acetato a Pisum sativum tratada con CuCl2 y el enlace 13C-13C en la pisatina resultante analizado con l3C-NMR. Ello demostró que los átomos de carbono 1 y la, 2 y 3 , y 4 y 4 a se incorporan como unidades C2 intactas, es decir, los carbonos no se distribuyen al azar por rotación del anillo derivado del acetato, y que la ausencia de oxígeno en C-l es debida a la pérdida de oxígeno antes de la formación del anillo. Por el contrario, otros flavonoides (p.ej., apigenina, quemferol) se sintetizan con la libre rotación del anillo derivado del acetato (véase síntesis de Calconas). La secuencia biosintética que se muestra en la Fig. está fuertemente apoyada en la observación de que todos los compuestos representados actúan como precursores eficaces de la pisatina en Pisum sativum. [P.M. Dewick en J.B. Harborne & TJ. Mabry, eds., The Flavonoids: Advances in Research (Chapman and Hall, 1982) pp. 535-640]. Pterocarpina (Pterocarpin): 3-metoxi-8,9metileno-dioxipterocarpano; véase Pterocarpanos. Pteroilglutámico, ácido (Pteroylglutamic acid): véase Vitaminas (ácido fólico). Puentes disulfuro (Disulfíde bridges),puentes de cistina: término referido a los enlaces disulfuro -S-S-, formados en proteínas y péptidos por oxidación de dos grupos sulfidrilos: 2-SH —> -S-S-. Son los principales responsables de la formación y del mantenimiento de la estructura secundaria de las proteínas. Las proteínas que contienen muchos Pd. son muy resistentes a la desnaturalización por calor, ácidos, álcalis, etc. y a la hidrólisis por enzimas proteolíticas. Los P.d. se

Calcona

Pisatina

pueden romper por reducción, p.ej., con 2mercaptoetanol, o por oxidación, p.ej., con ácido perfórmico. En los organismos, la formación y escisión de los P.d. está catalizada por enzimas, siendo la mejor conocida la proteína disulfuro reductasa (glutatión) (EC 1.8.4.2). Puff (Puff): véase Cromosomas gigantes. Púnica, alcaloides de (Púnica alkaloids): grupo de alcaloides de piperidina, originalmente aislados en la corteza del árbol de la granada (Púnica granatum L., droga oficial Cortex granati) y posteriormente en otras plantas de la familia. Decocciones de la droga, o los alcaloides obtenidos de ella, se usan como vermífugos. La biosíntesis de los principales A.p., pseudopeletierina e isopeletierina, se muestran en la Fig. La N-metilisopeletierina es también un miembro importante del grupo. Los A.p. son homólogos superiores del tropano o de los alcaloides de pirrolidina, los cuales tienen un modo análogo de biogénesis.

íH2 J/ c—c

/ h2c n

c-ch2 Hj

nh2

or

I

h3c

H\ nh2

Lisina

H2C

C00H

& v.

"NH2

-NH2 JCH'

h2 Cadaverina

/

+ 2 CH3COOH H

\

NH

Z.

= 0

Isopeletierina

T"

n-ch3 > = 0

_L

Pseudopeletierina

Biosíntesis de los alcaloides de Punica isopelletierina y pseudopeletierina.

véase

Formononetina

Calicosina

6a-Hidroximaakiaína

Maakiaína

Pseudobaptígeno

7,2'-Dihidroxi-4',5'metilenodioxi-isoflavona

Biosíntesis de pisatina en Pisum Sativum. 676

Purina

Punto de compensación de C 0 2 (C0 2 -Compensation point): concentración del C0 2 a la que las velocidades de la fotosíntesis (incorporación de C0 2 ) y de la respiración (producción de C0 2 ) están equilibradas. El valor varía con la iluminación, y debe establecerse para una intensidad lumínica dada. El P.c de las plantas C3 es 40-60 ppm de C0 2 a 25°C; en las plantas C4, el valor es a menudo inferior a 10 ppm. El P.c. de C0 2 aumenta con la temperatura, por lo que la eficacia de la fotosíntesis en las plantas C 3 disminuye al aumentar la temperatura durante el día; las plantas C4, sin embargo, no se afectan. Además, al aumentar la intensidad lumínica disminuye la concentración de C0 2 del aire alrededor de las plantas en crecimiento, contribuyendo a la pérdida de eficacia. Véase Fotorrespiración; Punto de compensación de luz. Punto de compensación de luz (Light compensation point): intensidad de luz a la cual las velocidades de fotosíntesis (incorporación de C0 2 ) y respiración (producción de C0 2 ) están equilibradas. Véase Punto de compensación de C0 2 . Punto de equivalencia (Equivalence point), zona de equivalencia: región de la curva de precipitación en la que todos los centros de unión de anticuerpos están saturados con los determinantes antigénicos, y los anticuerpos han

1 Anticuerpos en exceso

2 Anticuerpos y antígenos saturados mutuamente (punto de equivalencia); estructura entrelazada

O Antígeno trivalente © Antigeno bivalente

Tipos básicos de complejo antígeno-anticuerpo, en caso de un antígeno trivalente y un anticuerpo bivalente. La parte variable con el centro de unión al antígeno se indica en negro.

precipitado cuantitativamente. En el sobrenadante no queda ni antígeno ni anticuerpo. En este punto, el complejo antígeno-anticuerpo forma una complicada estructura entrelazada (Fig.). En otras condiciones, sólo se forman estructuras más pequeñas o complejos binarios solubles. Punto isoeléctrico (Isoelectric point), abrev., IP o IEP: valor del pH de una solución en la que la carga neta del'anfolito disuelto es nula, es decir, la suma de las cargas catiónicas es igual a la de las aniónicas. El IP de los electrólitos, p.ej., aminoácidos, péptidos o proteínas, está comprendido entre pH 1 (pepsina) y 11,8 (protamina), es característico para cada anfolito, y depende de la fuerza iónica del tampón usado. Algunas propiedades características aparecen en el IP, p.ej., la solubilidad y viscosidad mínimas. Los métodos electroforéticos de separación se basan en las diferencias de los IP de los componentes individuales. Se puede determinar por electroforesis a diversos valores de pH o por enfoque isoeléctrico en un gradiente de pH con anfolitos. Purina (Purine): compuesto heterocíclico con un sistema anular condensado de pirimidinaimidazol. M 120,1, p.f. 217°C. Fue preparada, a partir de ácido úrico, por Emil Fischer en 1884. El compuesto libre no se ha encontrado en la naturaleza, pero el anillo de P. no sustituido se encuentra en combinación con ribosa en el antibiótico nucleosídico Nebularina (véase). Se encuentran en la naturaleza varios derivados de P. sustituidos y oxidados, y son de importancia biológica considerable. Los derivados de purina Adenina (véase) y Guanina (véase) se encuentran en el DNA y el RNA, y se denominan bases de purina. Ciertos componentes raros de los ácidos Nucleicos (véase) se forman por modificación de las bases de P. en la cadena de polinucleótidos. Análogos de P., como 8-Azaguanina (véase), se pueden incorporar en el lugar de las bases naturales de P. durante la biosíntesis de los ácidos nucleicos. Se encuentran bases de P. en algunas coenzimas Nucleotídicas (véase) de baja Ai y también en otros compuestos activos biológicamente, p.ej., en antibióticos Nucleosídicos (véase), alcaloides (véase Xantinas metiladas), vitaminas (véase Vitamina B12) y en Citocininas (véase). Los nucleótidos de P , ATP (véase fosfatos de Adenosina) y GTP (véase fosfatos de Guanosina), son compuestos clave en el metabolismo biológico de la energía. En algunos animales (aves, reptiles, insectos), la excreción del nitrógeno se realiza 677

Purina, biosíntesis de

Purina, biosíntesis de (Purine biosynthesis),

principalmente a través de la síntesis de purina; productos comunes de la excreción son el producto de la oxidación de la P., ácido Úrico (véase) y el de su posterior oxidación, Alantoína (véase). Las arañas excretan guanina. Véase degradación de Purina; biosíntesis de Purina. Las purinas son bases débiles con absorción específica de luz UV entre 230 y 280 nm y muestran tautomerismo lactama-lactima y/o enamina-cetimina.

biosíntesis de novo de purina: ruta común para la biosíntesis del anillo de purina que se encuentra en todos los niveles del desarrollo evolutivo. El 5-fosfato de oc-D-Ribosa se pirofosforila a 1pirofosfato de 5-fosforribosilo, y el grupo pirofosfato se reemplaza entonces por un grupo amino procedente del grupo amido de la Lglutamina, cuyo nitrógeno se convertirá en el N-9 del anillo de purina. El fosfato de ribosa se mantiene durante todas las etapas, catalizadas enzimàticamente, que conducen a la formación final del anillo de purina. Es decir, la purina se sintetiza en forma de monofosfato de nucleósido. El primer producto con el anillo completo de

H

Purina

II

HCQ. „ HN

YYoh

,CH

YR i P

OH OH a-D-Ribosa Riboquinasa (EC 2.7.1.15)

K k ^ A D P

"~*Ñ

10-Foonil^ tetrahidrofolato Tetrahidrofolato

5'-Fosforribosil-5tormamido-4-im¡da2olcarboxamida

(D-0-ch,

IMPCicIohidrolasa (EC 3.5.4.10)

N|_|/oh

0 II

OH OH 5-Fosfato de Ribosafoslato pirofosloquinasa (ÊC 2.7.6.1)

Fosforribosilamlnoimldazot q caiboxamida formlltransferasa £ (EC 2.1.2.3) H.N'' ^ C

-N

H0CH¡0

ribosa -ATP ^ A M P

:0a N

Ijl

i

H,N

Y

Rip

5'-Fosforribosil-5-amino4-imidazolcarboxamlda Fumarato

^COOH CH, I 0 HOOC-CH .C^ HN

Adenllosuccinato Ijasa (EC 4.3.2.2) -N II XH

5'-Fosforribosil-4-(N-succinocarboxamida)-5-aminoimidazo1

RiP Ácido inosfnico

a

(P)-0-CHj

OH O H

1-Difosfato d e 5-fosfo-a-D-R¡bosa Amidofosforrtbosittransferasa (EC 2.4.2.14)

Glutamina H20 Glutamato

©-0-CH,

NH,

5'-Fosforribosll-5-amino-4¡mldazolcarboxllato Fosforribosilaminoimidazol eaitooxilasa (EC 4.1.1.21)

CO, HC

N

II

H.N'

•C.

II

N

1

,CH

RiP

Figura 1. Formación del anillo de purina en la biosíntesis de ácido inosínico. 678

Purina, degradación de la

purina es el ácido inosínico, que es precursor de otros nucleótidos de purina. Todas las etapas de la B.p. se muestran en la Fig. 1 y las interconver-

AMP

ATP

GMP

S

ADP

Mg"

ADP GDP

V

ATP

Mg"

ADP

ATP GTP

Figura 3.

15'-Monofosfato de adenosina (AMP) Adenilosuccinato liasa (EC 4.3.2.2) _

• Fumarate

ooc—CH—ch2—cocr

I

NH

Adenilosuccinato •GDP* P;

Adenilosuccinato sintetasa (EC 6.3.4.4)

-GTP

- L-Aspartato

n —N

HN

J

©-O-CHpO^ OH OH

Ácido inosínico (IMP)| IMP deshidrogenasa (EC 1.2.1.14)

5'-Monofosfato de xantosina (XMP) Glutamina (o NH3) —atp ^AMP+PF,.

GMP sintetasa (EC 6.3.4.1) '

OH

KXJ N N

HjN

Glutamate

n—N I

RiP

15'-Monofostato de guanosina (GMP)

Figura 2. Biosíntesis de 5'-monofosfato de adenosina y de 5'-monofosfato de guanosina a partir de ácido inosínico.

siones siguientes, que conducen a la síntesis de AMP y GMP, en la Fig. 2. Los monofosfatos de nucleósidos se convierten en trifosfatos (precursores directos del RNA) por dos reacciones quinasa. Estas quinasas tienen una especifidad baja, y catalizan la fosforilación de los nucleótidos de adenina, guanina y las pirimidinas (Fig. 3). Una ruta alternativa para la síntesis de nucleótidos de purina es la ruta de Recuperación (véase). La B.p. está regulada por los dos productos finales, AMP y GMP, que inhiben conjuntamente la fosforribosilpirofosfato amidotransferasa (EC 2.4.2.14). El GMP inhibe también la IMPdeshidrogenasa (EC 1.2.1.14); el AMP, la adenilsuccinato sintetasa (EC 6.3.4.4). Otro control es el ejercido por el requerimiento de GTP en la síntesis de AMP (Fig. 2). El ATP inhibe la GMP reductasa, que convierte GMP en IMP en una etapa. El trabajo básico sobre la B.p. fue realizado por Buchanan y Greenberg con extractos de hígado de paloma y pollo. Esto condujo a la formulación del esquema de la B.p. por Greenberg en 1953. Los productos intermedios postulados se aislaron en microorganismos mutantes. Purina, catabolismo de la (Purine catabolism): véase degradación de la Purina. Purina, ciclo de la (Purine cycle): véase ciclo Glicina-Alantoína. Purina, degradación de la (Purine degradation), catabolismo de la purina : serie de reacciones por las que la purina se degrada por escisión de su anillo. La D.p. es generalmente aeróbica, pero es anaeróbica en ciertos microorganismos. D.p. aeróbica. Los grupos amino de adenina y guanina se eliminan hidrolíticamente por desaminasas específicas que atacan las bases libres, los nucleósidos o los nucleótidos (Fig.). Se produce entonces ácido úrico por acción de la xantina oxidasa (EC 1.2.3.2), la enzima clave en la D.p. aeróbica. En el hombre y en los simios, casi todo el ácido úrico se excreta sin cambios. En la mayoría de reptiles y mamíferos, se oxida a alantoína por la uricasa (EC 1.7.3.3) (uricólisis). 679

Purina, interconversión de

11

1 11

Ácido adenilico

1

Ácido xantilico

Ácido guaniiico

Inosina

Xantosina

Guanosina

< Adenosina u

Adenina

u

Acido inosínico

11

u

Hipoxantina

Adenasa (EC 3.5.4.2)

Xantina

Guanina

Xantina oxidasa Xantina oxidasa (EC 1.2.3.2)

Guanasa (EC 3.5.4.3)

COOH HN'

-NH

O'

N' H

H

. , Ácido úricol H2N

h2o

COOH I

nh2

Aiantoinasa

H,N

J

Alantoína

Acido alantoico Alantoicasa

"U U'

^0 H

?

sa I Uricasa (EC1.'.7.3.3) f

C02

¿Ll

H

eoo

CDL M

1

N H

NH N

OH N H

(Ácido hidroxiacetiiendiureidocarboxíiicd)

-h2o

•H,N-CO-NH, Urea I

HjN

COOH

O ^ n - ^ O H H

Alantoicasa (EC 3.5.3.4)

H,N—CO—NH,

Urea

HOC—COOH

| Ácido glioxilico |

Ácido ureidoglicólico

Degradación aeròbica de la purina.

En otros organismos, incluyendo la mayoría de los peces y anfibios, la alantoína se convierte en ácido alantoico, que se degrada después en dos etapas que conducen a la formación de 1 molécula de ácido glioxilico y 2 moléculas de urea. La xantinuria, enfermedad congènita del metabolismo, está causada por la falta de xantina oxidasa, de manera que en vez de ácido úrico se excretan xantina e hipoxantina. La gota está causada por un aumento de la tasa de biosíntesis de purina, lo que produce un aumento de ácido úrico en la sangre y deposición de cristales del mismo en las articulaciones. D.p. anaerobia, degradación anaerobia de la xantina. En ciertos microorganismos, p.ej., Micrococcus y Clostridium, el sustrato de la D.p. no oxidativa es xantina. La hidrólisis entre el C6 y el NI del anillo hexagonal de xantina produce ácido ureidoimidazolilcarboxílico. La eliminación hidrolítica posterior de amonio y C0 2 produce ácido aminoimidazolcarboxílico, el cual se 680

descarboxila a aminoimidazol. El anillo de aminoimidazol se abre por pérdida de amonio y adición simultánea de dos moléculas de agua, produciendo formiminoglicina, la cual se hidroliza a glicina, amonio y formiato. Purina, interconversión de (Purine interconversion): véase biosíntesis de Purina. Purinas, síntesis de novo de (De novo purine synthesis): véase biosíntesis de Purinas. Puromicina (Puromycin): antibiótico nucleosídico de Streptomyces alboniger. Mt 472. Inhibe la biosíntesis de proteínas en ribosomas 70S y 80S. Es un análogo estructural del extremo 3' del aminoacil-tRNA (Fig.), reemplazándolo durante la fase de elongación de la biosíntesis de proteínas, y formando un enlace peptídico entre el grupo amino libre de la P. y el grupo COOH del aminoácido C-terminal del peptidil-tRNA precedente (véase reacción del Fragmento). Así se paraliza la elongación del polipéptido y el fragmento de polipéptido unido a la P. se separa del ribosoma.

Pyr

I / o=c— ch—ch,—•? I!ih2

\

y—o—ch3

I o=c—ch—r NH2

Comparación entre la estructura de la puromicina (izquierda) y el extremo 3'-terminal de un aminoacil-tRNA (derecha). Otros antibióticos aminoacilnucleosídicos, p.ej., gougerotina y blasticidina tienen un mecanismo de acción similar. Púrpura de Tiro (Tyrian purple): 6,6'dibromoindigotina, pigmento rojo-violeta que contiene dos anillos con bromo y oxígeno. Está presente en los moluscos marinos de los géneros Murex y Nucella, y unos pocos caracoles marinos relacionados. El aislamiento y descubrimiento de

Púrpura de Tiro.

la estructura de la P.t. del cuerpo hipobranquial del caracol púrpura Murex brandaris fue realizado por Friedlander entre 1909 y 1911. En la antigüedad, y en tiempos medievales, fue uno de los tintes más caros. Púrpura visual (Visual purple): véase Proceso visual. Purpurina (Purpurin): 1,2,4-trihidroxiantraquinona, un pigmento rojo, p.f. 263°C. El glucósido de P. se encuentra en la raíz de la rubia (Rubia tinctorum) (acompañado por alizarina) y en otras especies de Rubiaceae. La P. se forma a partir de su glucósido durante el almacenaje de la planta, y en la raíz fresca no hay cantidades apreciables de P. Se usa como reactivo para la detección de boro, para la detección histológica de sales de calcio insolubles y para tinciones nucleares. Forma lacas coloreadas con varias sales metálicas y se usa como tinte rápido en el estampado de algodón. Putrescina (Putrescine): tetrametilendiamina, una Poliamina (véase) ampliamente extendida. Se forma por descarboxilación de ornitina y, en algunos organismos, por descarboxilación de arginina a agmatina seguido por eliminación de urea. Es precursora de la espermina y la espermidina en el metabolismo ordinario, y esencial en la división celular. Se acumula durante la degradación bacteriana de arginina, y el aumento de la descomposición de proteínas (p.ej., en el cólera) determina la aparición de P. en la orina y las heces. Pyr: abrev. de ácido Piroglutámico (véanse otras abreviaturas recomendadas).

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Q Q: abrev. de coenzima Q. Véase Ubiquinona. Quebrachitol: véase Ciclitoles. Quenferol (Kaempferol): véase Flavonas (Tabla). Quenodesoxicólico, ácido (Chenodeoxycholic acid): ácido 3a, 7a-dihidroxi-5|}-colan-24-oico, M 392,56, p.f. 119°C, [