Tema 24 – Aminoácidos y proteínas. Biosíntesis proteica. Enzimas y coenzimas. Las vitaminas.

Santiago

hace 8 años

1. INTRODUCCIÓN.

Las proteínas son las macromoléculas más abundantes en las células y constituyen más del 50% del peso seco de las mismas, se encuentran en todas las células y en todas sus partes constituyentes. Son moléculas compuestas por átomos de carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O) e hidrógeno (H), a veces con cantidades significativas de azufre (S) en determinados tipos de proteínas.

Hace 20 años, la atención se centraba principalmente en las proteínas, ya que ciertos tejidos especializados acumulan cantidades de una sola proteína: así, los glóbulos rojos son casi hemoglobina pura, el cartílago está constituido por colágeno y el pelo por queratina. Los bioquímicos estudiaron dichas proteínas por la razón principal de que podían aislarlas de forma pura, y la pureza es un prerrequisito para su estudio.

Las funciones biológicas de las células se deben a una serie de transformaciones químicas que ocurren en ella: es a lo que se denomina metabolismo. En el metabolismo ocurren todas las reacciones químicas de la célula, que están catalizadas por unos catalizadores específicos llamados enzimas.

Los enzimas son proteínas, por lo que su comportamiento es decisivo en el conocimiento de la funcionalidad diferencial de la célula; la razón de la funcionalidad diferencial de las proteínas es la información genética específica codificada en el ADN, de tal forma que podemos generalizar que toda la funcionalidad del ser vivo se debe a una información que se halla codificada en los ácidos nucleicos (ADN).

Las proteínas se pliegan con una notable diversidad de formas tridimensionales, que les proporcionan una correspondiente variedad de funciones. Actúan como componentes estructurales, de mensajeros y de receptores de mensajeros, de marcadores de la identidad individual y de armas que atacan las células que presentan marcadores ajenos. Algunas proteínas se unen al ADN y regulan la expresión de los genes, otras participan en la replicación, en la transcripción y en la traducción de la información genética.

2. LOS PROTEÍNAS: COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA.

2.1 COMPOSICIÓN: LOS AMINOÁCIDOS.

La hidrólisis de las proteínas, libera sus componentes individuales, los aminoácidos al romperse los enlaces covalentes que los mantenían unidos para formar la proteína.

Los aminoácidos protéicos son aquellos especificados por el código genético y son 20; cada proteína es una secuencia de aminoácidos específica. Las propiedades fisico-químicas de una proteína, dependen de su estructura tridimensional, que depende a su vez de su composición de aminoácidos.

Los 20 aa están constituidos sobre un plan común. Tienen un grupo amino (NH2) en u extremo y un grupo carboxilo (COOH) en el otro; ambos grupos están enlazados a un átomo central de carbono, el carbono alpha. También están enlazados a este un átomo de hidrógeno y un radical R, que es a lo que se denomina cadena lateral R.

Cada organismo vivo sintetiza sus propias proteínas a partir de los aminoácidos. Las plantas superiores sintetizan a su vez todos los aminoácidos necesarios. Hay que destacar que los animales carecen de esa capacidad. Cada especie animal puede sintetizar sólo algunos aminoácidos que necesita y, por lo tanto, depende de la dieta para incorporar aquellos aminoácidos que debe sintetizar para formar proteínas. Esos aminoácidos se los considera esenciales y no porque sean los únicos necesarios para la vida de la especie, sino porque deben estar incluidos en la dieta. Cada especie, tiene su grupo de aminoácidos esenciales propios. De los 20 aminoácidos proteicos conocidos, 8 son esenciales para la vida humana y 2 semiesenciales. Son estos 10 aminoácidos los que requieren ser incorporados al organismo en su cotidiana alimentación y, especialmente, en los momentos en que el organismo más los necesita cuando se da una situación de disfunción o enfermedad.

Los ocho aminoácidos esenciales son treonina, metionina, lisina, valina, triptófano, leucina, isoleucina y fenilalanina (además puede añadirse la histidina como esencial durante el crecimiento, pero no para el adulto).

2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS PROTÉICOS.

La única posibilidad de clasificación de los diferentes aa se establece si se considera el hecho de que los aa pueden agruparse en familias basadas en las propiedades de los grupos de la cadena lateral y en particular de su polaridad, es decir, su tendencia a interactuar con el agua al pH fisiológico 7.4.

Los grupos de la cadena lateral de los aa varían mucho en su polaridad, desde los grupos totalmente apolares o hidrófobos hasta los grupos muy polares o hidrófilos.

Los aa se agrupan en cuatro familias principales según la naturaleza del radical R:

-Apolares o hidrófobos (Neutros apolares).

– Neutros polares.

-Ácidos.

-Básicos.

Dentro de cada familia existen gradaciones de polaridad, tamaño y formas de la cadena lateral.

2.1.1.1 RADICALES APOLARES O HIDRÓFOBOS (AMINOÁCIDOS NEUTROS APOLARES).

Los aa de esta clase poseen grupos de naturaleza hidrocarbonada y son por tanto hidrofóbicos. Este grupo comprende 8 aminoácidos. Cabe destacar en él la Prolina, ya que su grupo alpha-amino no está libre, sino substituido por una porción de su cadena lateral para dar una estructura cíclica.

2.1.1.2 RADICALES POLARES. AMINOÁCIDOS NEUTROS POLARES.

La cadena lateral de estos aminoácidos es más soluble en agua, es decir, son más hidrofílicos que la de los aa apolares, ya que contienen grupos funcionales que forman enlaces de hidrógeno con el agua. Cabe destacar la cisteina, ya que puede aparecer en las proteínas como tal cisteina o como cistina, forma ésta en la que dos moléculas de cisteina se hallan unidas por covalencia mediente un puente disulfuro (S-S) formado por oxidación de sus grupos tiol (SH). Este grupo tiol debido a su elevado poder reductor y a la elevada electronegatividad del átomo de azufre, va a estar muy directamente implicada tanto en la estructura como en la función de las proteínas.

2.1.1.3 POLARES, ÁCIDOS.

Este grupo comprenden tan sólo dos aa cuya cadena lateral posee carga negativa a pH=7, gracias a la existencia de un segundo grupo carbolxilo (-COOH). Estos dos aa son altamente solubles en agua, y son los ácidos aspártico y glutámico.

2.1.1.4 POLARES, BÁSICOS.

Comprende los siguientes aa: Lisina, Arginina e Histidina.

La Histidina es el único aminoácido que puede ganar o perder un protón (H⁺) en el entorno del pH fisiológico (6-7), lo cual le confiere unas propiedades especiales que le hacen ser uno de los aminoácidos que se encuentran sistemáticamente en el centro activo de las enzimas.

2.1.2 ESTEREOQUÍMICA DE LOS AMINOÁCIDOS.

Todos los aa. Excepto la glicina (Gly), poseen, al menos un carbono asimétrico y, por lo tanto, presentan actividad óptica al existir 2 isómeros ópticos (D y L).

La actividad óptica se discute en términos de configuración absoluta, que se va a referir siempre a un compuesto básico que se considera como patrón de la serie, siendo este el gliceraldehído. Presenta dos isómeros (dos formas): L y D; los distintos aminoácidos se pueden corresponder al gliceraldehído.

Todos los estereoisómeros de todos los compuestos generales que poseen una configuración relacionada con la del L-gliceraldehído se designan por L-, y los estereoisómeros relacionados con el D-gliceraldehído se designan por D-.

La estereoquímica de los aa. Tiene una gran importancia fisiológica ya que todos los aa. protéicos son L-aminoácidos: la actividad biológica de los aminoácidos es para la configuración L-.

2.1.3 PROPIEDADES ÁCIDO-BASE DE LOS AMINOÁCIDOS.

Los aa. en disolución acuosa están ionizados y pueden actuar como ácidos o como bases.

Cuando un aa. cristalizado se disuelve en agua, se encuentra en forma de ión bipolar, que puede actuar como ácido (dador de protón) o como base (aceptor de protón).

Las sustancias que presentan esta doble propiedad se denominan anfóteras o anfolitos. Así un alpha-aa. monoamino y monocarbolxilo es en realidad un ácido diprótico cuando está totalmente protonado, es decir, cuando su grupo amino y carboxilo han aceptado ambos protones. En esta forma posee dos grupos que pueden ionizarse para dar dos protones.

Así tendríamos al hacer una valoración ácido-base, una curva típica de un ácido diprótico con dos puntos de inflexión, uno en la primera fase de la curva correspondiente al pK1 del grupo –COOH, y otra en la segunda fase de la curva correspondiente al pK2 del grupo-NH3+.

CURVA DE VALORACIÓN DE UN AMINOÁCIDO

Los aa. con grupo R ioniozable muestran curvas de valoración más complejas, con tres fases que corresponden a las tres etapas de ionización posibles y poseen tres valores de pK.

2.2 EL ENLACE PEPTÍDICO.

El esqueleto de la proteína se constituye uniendo los aa: el grupo amino de una unidad se enlaza al grupo carbolxilo de la siguiente. La función se logra eliminando una molécula de agua, para formar la estructura –CO-NH-. El enlace carbono-nitrógeno formado de esta manera se llama enlace peptídico, y la cadena de aa. que se origina recibe el nombre de polipéptido.

ENLACE PEPTÍDICO

Las unidades de aa. se llaman residuos:

-Residuo amino-terminal, con un grupo alpha-amino libre; y

-Residuo carboxilo-terminal, con el grupo carboxilo libre.

Los péptidos se designan enumerando la secuencia de sus aa. constituyentes, comenzando por el residuo amino Terminal.

Los péptidos formados por hidrólisis parcial de las proteínas exhiben una notable variedad, y pueden ser separados e identificados gracias a su comportamiento frente a la ionización. El comportamiento ácido-básico total de un péptido puede predecirse teniendo en cuenta sus grupos alpha-amino y alpha-carboxilo libres situados en los extremos de la cadena y la naturaleza y el número de sus grupos R capaces de ionizarse.

2.3 ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS.

Las propiedades del enlace peptídico imponen ciertas restricciones en el plegamiento de la proteína. Los electrones compartidos entre los átomos de oxígeno, carbono y nitrógeno proporcionan al enlace rigidez frente a la torsión. De este modo, cada unidad de enlace peptídico se encuentra en un plano, con lo que la cadena tiene que plegarse casi exclusivamente por medio de rotaciones de los enlaces establecidos entre carbonos alpha. El esqueleto polipeptídico de la cadena es más una cadena articulada de placas planas que un rosario de cuentas flexible.

2.3.1 FUERZAS ESTABILIZADORAS DE LA ESTRUCTURA.

Existe una fuerte tendencia en las cadenas polares a buscar un ambiente polar y, en las cadenas no polares, a segregarse a regiones no polares. Cuando una cadena polar o cargada se proyecta en el medio acuoso, ambiente muy polar, las moléculas adoptan una disposición ordenada. Una cadena no polar desorganiza esa alineación de cargas.

La principal consecuencia de esas interacciones es que la cadena protéica tiende a plegarse de forma que las cadenas polares se sitúan en la superficie expuesta y, las no polares, en el interior. La atracción electrostática entre una cadena lateral polar y el agua es una forma de enlace de hidrógeno en la que un átomo de oxígeno y nitrógeno cargados, establecen una interacción con el átomo de hidrógeno del agua. Los enlaces de hidrógeno entre átomos de la misma proteína también contribuyen a estabilizar la estructura.

Los enlaces de hidrógeno son más débiles que los enlaces covalentes del esqueleto polipeptídico. No obstante, dado que forman simultáneamente muchos enlaces de hidrógeno cuando se pliega la proteína, su aportación a la estabilidad resulta considerable.

Existe además otro tipo de enlace, el constituido por la combinación de dos residuos de cisteina, con grupos tiónicos (SH) en el extremo de su cadena lateral, existentes en la proteína, se forma un enlace covalente disulfuro (-S-S-). Este tipo de articulación es mucho más fuerte que la proporcionada por los enlaces de hidrógeno.

2.3.2 NIVELES DE ORGANIZACIÓN.

2.3.2.1 Estructura primaria.

La estructura primaria es la secuencia de aa. que constituye el polipéptido o la proteína.

2.3.2.2 Estructura secundaria.

Este tipo de estructura describe el plegamiento local de la cadena a través de las unidades estructurales que aparecen en casi todas las proteínas.

El esqueleto de la proteína puede enrollarse formando una hélice apretada, estabilizada por numerosos puentes de hidrógeno, denominándose a esta estructura hélice-alpha.

La hélice-alpha da una vuelta por cada 3,6 aa, y los enlaces de hidrógeno se forman entre aa. situados cada cuatro posiciones. En estos enlaces no intervienen las cadenas laterales, sino que se extienden entre el grupo –NH- de un residuo y el grupo-CO- de otro.

Igualmente existe una segunda configuración estable denominada hoja beta. En este caso se trata de tramos de cadena polipeptídica situados unos al lado de otros, que discurren en el mismo o en sentidos opuestos (paralelas o antiparalelas) uniéndose los tramos adyacentes por medio de enlaces de hidrógeno. También, en este caso, los enlaces de hidrógeno unen grupos –NH- y –CO- del esqueleto de la molécula.

Existe además otro tipo de estructura secuandaria conocida como en cadena estadística o estructura 2 al azar, y se origina cuando en la secuencia se intercala algún aa. que impide la formación de la hélicea o la hojab. Generalmente estas regiones con estructura al azar unen tramos con estructura en hélicea o hojab.

2.3.2.3 Estructura terciaria.

Es la conformación de una cadena polipeptídica en las tres dimensiones del espacio. Se mantiene gracias al establecimiento de puentes de hidrógeno, enlaces electrostáticos, fuerzas de Van der Walls y puentes didulfuro. El plegamiento que se origina en la estructura terciaria acaba formando una proteína globular o bien una proteína fibrilar, dependiendo del tipo de plegamiento. Se suele hablar de proteínas solubles e insolubles, dependiendo de la conformación que posean, bien sea globular o fibrilar, si bien esta propiedad depende realmente de la composición de aa, de lo que depende a su vez la estructura terciaria.

Cuadro esquemático con los tres tipos de estructura secundaria y su integración en la estructura terciaria en una proteína con estructura globular:

2.3.2.4 Estructura cuaternaria.

Muchas proteínas poseen un nivel de organización por encima de la estructura terciaria. Están formadas por varias cadenas polipeptídicas unidas entre sí por una variedad de enlaces débiles y, a veces, estabilizados por puentes disulfuro.

La terminología de estructura cuaternaria se reserva para aquellas proteínas tanto globulares como fibrilares constituidas por más de una cadena polipeptídica. A estas proteínas se las denomina oligoméricas y cada una de las cadenas que la forman se denominan protómeros.

Esquema de la estructura de la hemoglobina A, mostrando las cadenas a en gris y las cadenas b en azul. Los 4 grupos hemo se muestran en rojo.

3. BIOSÍNTESIS DE PROTEÍNAS.

La síntesis de proteínas es el más complejo de los mecanismos biosintéticos, ya que necesita de un número grande de enzimas y de otras macromoléculas específicas: en eucariotas, en la síntesis protéica colaboran casi 300 macromoléculas diferentes. A pesar de esta complejidad, las proteínas pueden sintetizarse a velocidades muy elevadas. Además la síntesis de los millares de proteínas diferentes, presentes en cada célula está regulada de modo muy preciso, por lo que sólo se produce el número de moléculas necesarias en cada una de ellas.

3.1 ETAPAS DE LA BIOSÍNTESIS.

Actualmente se sabe que existen cinco etapas principales en la biosíntesis de proteínas. En las células eucariotas la sínteis de proteínas sigue el mismo patrón que en procariotas, si bien existen varios aspectos diferenciales.

Etapa 1. Activación de los aminoácidos.

En esta etapa, que se produce en el citosol, cada uno de los 20 aminoácidos se une covalentemente a un RNA transferente específico a expensas de la energía proporcionada por el ATP. Estas reacciones son catalizadas por un grupo de enzimas, las aminoacil-tRNA sintetasas, que utilizan Mg2+ como cofactor. Existen 20 aminoacil-tRNA sintetasas específicas de los 20 aa. protéicos.

Etapa 2. Iniciación de la cadena polipeptídica.

La formación del complejo de iniciación tiene lugar en tres etapas; en la primera, la subunidad ribosomal pequeña enlaza el factor de iniciación y seguidamente se une el mRNA quedando situado el codón de iniciación en el sitio aminoacilo o sitio A del ribosoma.

En la segunda etapa, el aa iniciador unido a su tRNA se sitúa en el codón de iniciación; y en la tercera etapa, se combina la subunidad mayor, quedando así el ribosoma funcional y originando el llamado complejo de iniciación donde queda el sitio A ocupado por el aminoacil tRNA iniciador y el sitio P o peptidilo libre. Este proceso energía que es suministrada por el GTP.

Las cadenas polipeptídicas se inician en el extremo amino Terminal y se prolongan por adición de sucesivos residuos al extremo carboxilo Terminal libre del péptido en crecimiento.

En procariotas el aa. iniciador es la N-formil metionina y en eucariotas la metionina.

Etapa 3. Elongación.

En la primera etapa del ciclo de elongación, el aminoacil tRNA entrante siguiente se une al factor de elongación y después al complejo de iniciación. Posteriormente se forma el enlace peptídico entre los aa. cuyos tRNA están localizados en los sitios A y P del ribosoma, el primer tRNA se desplaza al sitio E del ribosoma para ser posteriormente eliminado. El dipéptido unido al segundo tRNA se desplaza al sitio A dejando libre el sitio P para la unión del siguiente tRNA-aa.

Etapa 4. Terminación y liberación.

Después de finalizada la síntesis de la proteína, que está señalada por un codón de parada en el mRNA, se produce la liberación de la proteína del ribosoma con el concurso de los factores de liberación.

ESQUEMA DE LOS DIFERENTES PASOS EN LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS.

Etapa 5. Plegamiento y transformación.

La forma biológicamente activa del polipéptido, se consigue después que ésta experimenta un plegamiento que le permite adoptar la conformación apropiada. Antes o después del plegamiento, el polipéptido puede experimentar una transformación por acción enzimática, con objeto de eliminar el aminoácido iniciador, introducir grupos fosfato, sulfato, oligosacáridos o grupos prostéticos.

4. FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS PROTEÍNAS.

Se pueden identificar diversas clases de principales de proteínas de acuerdo con sus funciones biológicas:

a. Enzimas. Son las proteínas más variadas y con mayor grado de especialización que poseen capacidad catalítica. Casi todas las reacciones químicas de las biomoléculas orgánicas en las células están catalizadas por las enzimas.

b. Proteínas de transporte. Como las proteínas de transporte del plasma sanguíneo, como es la hemoglobina, que transporte O2 y CO2, las lipoproteínas, así como proteínas transportadoras presentes en la membrana plasmática.

c. Proteínas de reserva. Las semillas de muchas plantas almacenan proteínas nutritivas, necesarias para el crecimiento y desarrollo del embrión; también en tejidos animales como son la ovoalbúmina, caseína y ferritina.

d. Proteína contráctiles y mótiles. Algunas proteínas confieren a los organismos la capacidad de contraerse, cambiar de forma o desplazarse a su alrededor. Son ejemplos la actina y miosina en el músculo, y la tubulina en cilios y flagelos.

e. Proteínas estructurales. Muchas proteínas desempeñan el papel de filamentos de soporte, que confieren a las estructuras biológicas fuerza o protección. Ejemplos son: el colágeno, la elastina y la queratina.

f. Proteínas con función defensiva. Muchas proteínas defienden a los organismos frente a la invasión por otros organismos, o bien los protegen de acciones nocivas, como son: las inmunoglobulinas o anticuerpos, el sistema del complemento o algunas toxinas bacterianas.

g. Proteínas reguladoras. Que colaboran en la regulación de la actividad celular o fisiológica. Entre ellas se encuentran la inmensa mayoría de las hormonas.

h. Función energética. Las proteínas, al igual que los hidratos de carbono y los lípidos pueden ser utilizados por la célula como fuente de energía en determinadas situaciones fisiológicas.

5. ENZIMOLOGÍA.

Una de las funciones biológicas principales de las proteínas es su capacidad de actuar como enzimas o biocatalizadores.

Las enzimas reconocen una molécula específica (sustrato) y se une a él en equilibrio dinámico: lo que distingue a una enzima es que puede provocar algún cambio químico en el sustrato al que se ha unido.

En el mecanismo de la acción enzimática suelen distinguirse tres etapas: Primero, el sustrato se une específicamente al sitio activo o catalítico de la enzima; luego se produce la reacción química; y por fin se libera el sustrato transformado ahora en producto. Las tres etapas son reversibles:

E + S E-S E + P

La enzima apropiada puede aumentar la velocidad de las reacciones bioquímicas en un factor de un millón o más. El aumento de la velocidad de reacción, se debe a que la enzima estabiliza el estado de transición entre sustrato y producto, disminuyendo de forma considerable la energía de activación de la reacción y facilitando por tanto la conversión del sustrato en producto.

5.1 COENZIMAS.

Ciertos enzimas reciben la ayuda de moléculas auxiliares, las denominadas coenzimas; se unen a los enzimas en un centro específico y aportan funciones químicas de las que carece la enzima. Son moléculas no protéicas y entre ellas destacan:

– Adenosin-fosfatos. Constituidos por Adenosina y Ácido fosfórico.

El ATP (Adenoson-trifosfato) almacena energía en sus enlaces fosfato, por lo que participa en reacciones de transferencia de grupos fosfato pudiendo liberar gran cantidad de energía.

– Flavín-nucleótidos. Constituidos por vitamina B2 (Riboflavina) unida a ácido fosfórico.

El FAD (Flavín-adenín-dinucleótido) es capaz de captar hidrógenos con facilidad, por lo que participa en reacciones redox

– Piridín-nucleótidos. Constituidos por una vitamina del grupo B (Nicotinamida) unida a un nucleótido de Adenina.

Participan en reacciones redox de la siguiente forma:

El NAD⁺(Nicotinamín-adenin-dinucleótido) es una coenzima importante, al igual que la misma molécula unida al ácido fosfórico (NADP⁺).

– Coenzima A (CoA-SH).

Nucleótido de adenina unido a ácido pantoténico (vitamina del grupo B). Capta con facilidad grupos acetilo por lo que participa en reacciones de transferencia de estos radicales.

Muchas otras vitaminas actúan asimismo como coenzimas.

5.2 CINÉTICA ENZIMÁTICA.

La concentración del sustrato ejerce un efecto profundo sobre la velocidad de las

reacciones catalizadas por las enzimas. Si las concentraciones de sustrato son muy bajas, la velocidad de la reacción es muy pequeña. Al ir aumentando la concentración de sustrato se encuentra que la velocidad aumenta cantidades cada vez menores, hasta alcanzar un punto en el cual la enzima se halla saturada y la velocidad no se ve aumentada por más sustrato que se adicione.

Existe una relación cuantitativa entre la concentración de sustrato y la velocidad de una reacción enzimática expresada matemáticamente en la ecuación de Michaelis-Menten por Km, que se define como la concentración de sustrato específico al que una enzima determinada produce la mitad de su velocidad máxima. La forma característica de la curva de saturación por sustrato para un enzima puede expresarse por la ecuación de MICHAELIS-MENTEN.

Vmax

Vo = Vmax [S] / Km + [S]

Vo= Velocidad inicial

Vmax= Velocidad máxima.

Km= Constante de Michaelis-Menten de la enzima para un determinado sustrato.

Los enzimas aumentan las velocidades de las reacciones que catalizan en un factor comprendido entre 10⁸ y 10²⁰. Pero existen una serie de condiciones óptimas para su actuación, como son:

-Concentraciones óptimas tanto de enzima como de sustrato.

-pH óptimo, característico de la enzima y del tejido donde actúa.

-Tª óptima, por las características fisco-químicas de la proteínas.

– Inhibidores: reversibles o irreversibles. Moléculas que disminuyen la velocidad de la reacción.

Existen dos tipos de inhibidores:

a. Irreversibles, aquellos que se combinan con un grupo funcional, o los destruyen, situado sobre la molécula del enzima y que era necesario para su actividad catalítica.

b. Reversibles, que son de dos tipos:

– Competitivos, que compiten con el sustrato por la unión al sitio activo pero, una vez unido, no puede ser transformado por la enzima.

– No competitivos, donde el inhibidor se une al enzima en un sitio diferente del que se une al sustrato, alterando la conformación de la enzima de modo que se produce la inactivación reversible del sitio activo. También son capaces de unirse reversiblemente tanto al enzima libre como al complejo E-S formando complejos inactivos E-I y E-S-I.

En muchos sistemas multienzimáticos, uno de los productos – por lo general el último de la serie de reacciones – actúa como inhibidor de una enzima, muchas veces situada al comienzo de la secuencia. Por lo tanto, la velocidad de la secuencia completa de reacciones está condicionada por la concentración del producto final. Es tipo de inhibición que nos es competitiva, no competitiva ni acompetitiva se llama: retroinhibición o inhibición por el producto final. La enzima de la secuencia, que se inhibe o activa con el producto final, se llama enzima alostérica.

Estas enzimas poseen además del sitio activo, el sitio alostérico – el cual es muy específico -, al cual se une reversiblemente y no covalentemente el efector alostérico o modulador.

Los efectores alostéricos pueden ser:

Negativos: inhibidores.

Positivos: estimuladores.

Una misma enzima alostérica puede tener efectores positivos y negativos.

5.3 CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS.

Una sencilla clasificación es la que las divide en 6 grupos en función del tipo de

reacción que catalizan:

Grupo	Accion	ejemplos
1. Oxidoreductasas	Catalizan reacciones de oxidorreducción. Tras la acción catálica quedan modificados en su grado de oxidación por lo que debe ser transformados antes de volver a actuar de nuevo.	Dehidrogenasas Aminooxidasa Deaminasas Catalasas
2. Transferasas	Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas)a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversiones de azucares, de aminoácidos, etc	Transaldolasas Transcetolasas Transaminasas
3. Hidrolasas	Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Suele ser de tipo digestivo, por lo que normalmente actúan en primer lugar	Glucosidasas Lipasas Peptidasas Esterasas Fosfatasas
4. Isomerasas	Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de función o de posición. Suelen actuar en procesos de interconversion	Isomerasas de azúcar Epimerasas Mutasas
5. Liasas	Realizan la degradación o síntesis (entonces se llaman sintetasas) de los enlaces denominados fuertes sin ir acoplados a sustancias de alto valor energético.	Aldolasas Decarboxilasas
6. Ligasas	Realizan la degradación o síntesis de los enlaces fuertes mediante el acoplamiento a sustancias ricas en energía como los nucleosidos del ATP	Carboxilasas Peptidosintetasas

6. LAS VITAMINAS.

Las vitaminas sólo se necesitan en la dieta en cantidades de miligramos o microgramos por día y por ello se las denomina micronutrientes. Las formas activas de las vitaminas se hallan presentes en los tejidos en concentraciones muy pequeñas

En la actualidad se conocen unas trece vitaminas diferentes que se precisan en la dieta para el crecimiento y el funcionamiento normal del organismo. Sin embargo no todas las vitaminas conocidas se necesitan de modo obligatorio en la dieta de cada especie animal. El término vitamina es, por lo tanto, aplicado a un grupo de sustancias orgánicas que participan en cantidades muy pequeñas en la función normal de las células, actuando como coenzimas o cofactores, las cuales no pueden sintetizar algunos organismos y por ello deben obtenerlas obligatoriamente de fuentes externas.

1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS VITAMINAS.

1.1.1 VITAMINAS HIDROSOLUBLES.

Las vitaminas hidrosolubles incluyen a:

Grupo vitamínico B: Formado entre otras por las siguientes vitaminas:

Vitamina B1 (Tiamina), que se necesita en la nutrición de la mayor parte de vertebrados y algunas especies microbianas. Su deficiencia en la dieta humana origina el beri beri.

Vitamina B2 (Riboflavina), ésta vitamina hidrosoluble también conocida como riboflavina, interviene en los procesos enzimáticos relacionados con la respiración celular en oxidaciones tisulares y en la síntesis de ácidos grasos. Es necesaria para la integridad de la piel, las mucosas y por su actividad oxigenadora de la córnea para la buena visión. Sus fuentes naturales son las carnes y lácteos, cereales, levaduras y vegetales verdes.

Vitamina B5 (Ácido nicotínico), su deficiencia en la dieta conduce a la enfermedad denominada pelagra. Se encuentra principalmente en la leche, huevos y carne.

Vitamina B3 (Ácido pantoténico), que es un componente de la Coenzima A, se aislado por primera vez a partir de extracto de levadura y de hígado.

Vitamina B6, grupo de vitaminas constituido por tres compuestos intimamente ligados, que son la piridoxina, el piridoxal y la piridoxamina, los cuales se interconvierten con facilidad. Es un grupo vitamínico importante en el metabolismo de los aminoácidos.

Vitamina B9 (Ácido fólico), que contiene tres componentes principales: el ácido glutámico, el ácido p-aminobenzóico y un derivado de la pteridina. Su deficiencia provoca un tipo de anemia denominada anemia megaloblástica, en la cual las células sanguíneas no maduran adecuadamente.

Vitamina B12 (Cianocobalamina), es única entre tods las vitaminas; se caracteriza no solamente porque contiene una molécula orgánica compleja, sino también trazas de un elemento esencial, el cobalto. Los animales y las plantas no son capaces de sintetizar la vitamina B12, solamente lo hacen unas pocas especies de microorganismos. Se precisa solamente en pequeñas cantidades, alrededor de 3 microgramos por día. La vitamina B12 se encuentra en numerosos alimentos como son los lácteos, en las aves, marisco, huevos, etc.

Vitamina C (Ácido ascórbico o antiescorbútica). Conocida su existencia en los cítricos desde 1.790 como factor que previene del escorbuto, el ácido ascórbico se halla presente n todos los tejidos animales y vegetales de plantas superiores. Se precisa en la dieta humana y solamente en la de algunos vertebrados; la mayor parte de los animales y probablemente todas las plantas pueden sintetizar el ácido ascórbico a partir de la glucosa. El ácido ascórbico no se halla presente en los microorganismos puesto que no lo necesitan.

6.1.2 LAS VITAMINAS LIPOSOLUBLES.

Las cuatro vitaminas liposolubles (A,E,D y K) se forman biológicamente a partir

de unidades de isopreno. Las funciones bioquímicas específicas o como coenzimas de las vitaminas liposolubles han permanecido poco claras durante mucho tiempo. Una característica significativa de las vitaminas liposolubles es que pueden almacenarse en el organismo en gran cantidad, de modo que los efectos de su carencia en la dieta pueden no manifestarse fisiológicamente durante largos periodos de tiempo.

Vitamina A (antixeroftálmica), factor nutritivo esencial, se halla en dos formas naturales: la vitamina A1 o retinol, obtenido a partir de los peces marinos, y la vitamina A2 obtenida a partir del hígado de peces de agua dulce. Su carencia conduce a una variedad de síntomas característicos en los individuos y animales de experimentación, como puede ser la piel reseca, xeroftalmia, desecación de las membranas mucosas, retraso en el crecimiento, ceguera nocturna, etc.

Vitamina D (antirraquítica), es precursora de una hormona; su carencia conduce a un metabolismo anormal del calcio y del fósforo y a una formación defectuosa de los huesos en el raquitismo, enfermedad de los niños, con el consiguiente arqueamiento de las piernas y el pecho de paloma. La vitamina D3, se sintetiza en la piel de los individuos y de los animales, a partir de un precursor inactivo mediante reacciones provocadas a por la exposición al componente ultravioleta de la luz solar. Los individuos no precisan de vitamina D suplementaria en tanto que la piel se exponga al sol lo suficiente.

Vitamina E (antiesteril)., constituida por lo menos por tres especies, los a,b y t tocogeroles. De los cuales el más importante es el a tocoferol. Los tocoferoles se encuentran entre los aceites vegetales y son especialmente abundantes en el germen de trigo. La deficiencia en vitamina E conduce a la formación de escamas en la piel, debilidad muscular, degeneración hepática y alteración en las funciones de la membrana. Participa en la prevención de los ataques destructivos de las formas reactivas del oxígeno sobre los lípidos de las membranas celulares. En animales de laboratorio se ha comprobado que aumenta la esterilidad.

Vitamina K (antihemorrágica), existente en dos formas principales, la vitamina K1 y la vitamina K2, que abundan en la mayor parte de las plantas superiores. Desempeña un papel fundamental como activador de algunos de los factores implicados en la cascada de coagulación sanguínea.

Al igual que se producen enfermedades por carencia de algunas vitaminas, conocidas como enfermedades carenciales, se pueden originar enfermedades por hipervitaminosis cuando se produce un consumo excesivo de algunas vitaminas, lo cual ocurre a veces en determinados tratamientos, como ocurre con los análogos de la vitamina A utilizados para el tratamiento de algunas alteraciones cutáneas, no obstante no son enfermedades frecuentes.

1.1 FUNCIONES BIOLÓGICAS DE LAS VITAMINAS.

Además de su participación en el metabolismo como coenzimas, cabe destacar

ciertas actividades, como pueden ser las siguientes:

– Participación en el ciclo visual de la vitamina A en forma de aldehido, el llamado retinal, que junto a una proteína, la opsina forma el complejo rodopsina, presente en las membranas intracelulares de los fotorreceptores retinianos.

– Precursores de hormonas, como es la vitamina D en forma de dihidroxicolecalciferol que en el intestino promueve la absorción del calcio y promueve asimismo la separación del calcio d la matriz ósea.

– Antioxidantes, protegiendo a la membrana ante el ataque del O2 y sus formas reactivas sobre los lípidos de membrana, como son las vitaminas C y E.

-En su actuación como coenzimas desempeñan una función catalítica y aparecen en concentraciones muy bajas en las células, y la razón se su importancia en la nutrición humana es que son componentes necesarios para la acción de las enzimas.

AMINOÁCIDOS Y PROTEÍNAS. BIOSÍNTESIS PROTÉICA. ENZIMAS Y COENZIMAS. LAS VITAMINAS.