Bioquímica_Investigación - Ambar Almaraz

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Metabolismo de los aminoácidos
En contraste con los hidratos de carbono y los lípidos que sirven como fuentes de
carbono y energía y que pueden almacenarse en las células, los compuestos
nitrogenados actúan principalmente como constituyentes de sistemas dinámicos que
se reciclan y no se almacenan. Así, los aminoácidos sirven la función primordial de
ser precursores de las proteínas y de otras biomoléculas. Sin embargo, cuando la
disponibilidad de estas sustancias nitrogenadas excede los requerimientos
celulares, pueden ser utilizados como fuente de energía. Ya que estos compuestos
no se almacenan, sus niveles globales en las células animales están bien regulados
en términos de las velocidades de su síntesis y degradación. Esto es - lo que se
denomina el balance nitrogenado. En humanos adultos, en condiciones de
mantenimiento, la ingestión de nitrógeno se compensa exactamente con la
excreción nitrogenada - en orina y heces. En personas jóvenes en crecimiento, se
ingiere más nitrógeno del que se excreta en orina y heces y el exceso se transforma
en constituyentes celulares; ésta es también - la situación en un cultivo bacteriano
en crecimiento activo. Estamos ante un balance nitrogenado positivo. Por otra parte,
cuando los tejidos se están degradando, por ejemplo, durante - la inedia o después
de un daño severo o en estados patológicos ( diabetes, hipersecreción
adreno-cortical, etc), se excreta un exceso de nitrógeno sobre el que se ingiere. Se
dice que el - balance nitrogenado es negativo. En contraste con las rutas
metabólicas de la glicolisis,y la de la síntesis y degradación de ácidos grasos, una
serie de vías para la biosíntesis de compuestos nitrogenados han desaparecido
durante el curso de la evolución. Por ejemplo, el hombre y los animales superiores
han perdido la capacidad para sintetizar todas las vitaminas y las cadenas
carbonadas - de aproximadamente la mitad de los aminoácidos. Como resultado de
ello, éstos han de ser suministrados en la dieta. Aquellos aminoácidos que ya no
son sintetizados se denominan "aminoácidos esenciales", pues han de ser
suministrados para mantener el crecimiento o el balance nitrogenado.
Sin embargo, algunos de los aminoácidos esenciales pueden ser reemplazados por
otros. Así, tirosina puede formarse a partir de fenilalanina, y cisteína a partir de
metionina. La arginina y la histidina se enumeran entre los esenciales aún cuando
son en realidad estimulantes del crecimiento, es decir, el hombre puede vivir y
crecer sin arginina e histidina, pero si se añaden a la dieta, la velocidad de
crecimiento aumenta considerablemente. Probablemente, pueden ser sintetizados
por el organismo, pero no a velocidad suficiente para un crecimiento óptimo. Los
aminoácidos no esenciales pueden ser sintetizados y no necesitan ser
suministrados en la dieta. Todos los aminoácidos, tanto esenciales como no
esenciales han de estar disponibles para que tenga lugar la síntesis de proteína en
la célula.
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En las reacciones de transaminación, que están ampliamente extendidas en la
naturaleza, el grupo α-amino de un aminoácido se transfiere reversiblemente a uno
de tres α-oxoácidos diferentes (piruvato, oxalacetato, α-oxoglutarato ). Los
productos son el α-oxoácido correspondiente del aminoácido y uno de los tres
aminoácidos alanina, aspártico y glutámico respectivamente. Las reacciones
catalizadas por las transaminasas son libremente reversibles y poseen una
constante de equilibrio próxima a 1,0. En estas reacciones no se produce
desaminación neta; sin embargo, ejercen la importante función de recoger los
grupos amino de un amplio número de aminoácidos ( al menos 11 distintos incluidos
ramificados y aromáticos), en la forma de un solo α-aminoácido, usualmente el ácido
glutámico, aunque el ácido aspártico y la alanina (según el organismo) también
participan en el proceso de recogida.
Los productos de la desaminación de aminoácidos son el ión amonio y el
α--oxoácido correspondiente al aminoácido específico, o un derivado insaturado.
Las reacciones de desaminación se clasifican en oxidativas y no-oxidativa (o
hidrolíticas). Las reacciones de desaminación oxidativa proceden con la reducción
simultánea de NAD+ ( ó NADP + ) ó de FAD ( ó FMN ). Las desaminaciones
oxidativas dependientes de nucleótidos de piridina tienen un exponente en la
glutamato-deshidrogenasa, que ha sido cristalizada a partir de hígado y que cataliza
la reacción:
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Esta es una reacción reversible, en contraste con las desaminasas oxidativas
dependientes de FAD que son irreversibles. Debido a esta reversibilidad,
proporciona una conexión con el ciclo de Krebs y permite al glutamato ser oxidado o
ser sintetizado a partir de α-ceto-glutarato según las necesidades de la célula.
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Metabolismo del nitrógeno
Los compuestos que contienen nitrógeno son de importancia fundamental en la
organización estructural y las capacidades fisiológicas de los crustáceos. El uso de
la gran variedad de constituyentes nitrogenados: ácidos nucleicos, enzimas y otras
proteínas, aminoácidos, los purinas y pirimidinas y co-enzimas están determinadas
por la capacidad genética, el control metabólico y las necesidades de energía de
estos organismos. El metabolismo del nitrógeno, esto es, el origen, acción y destino
de los compuestos nitrogenados es una precondición y una consecuencia de la
nutrición, crecimiento, desarrollo, flujo de energía y ajustes fisiológicos de variables
endógenas y exógenas. Un detallado conocimiento de los constituyentes
nitrogenados, de las vías metabólicas y de los mecanismos regulatorios los cuales
controlan la cantidad y distribución de los productos nitrogenados es esencial para
comprender la nutrición de los crustáceos decápodos y por ende de los camarones
peneidos. En trabajos recientemente publicados se ha observado que el
metabolismo del nitrógeno es un buen indicador del estado fisiológico de los
organismos y ha sido utilizado para interpretar, junto con el consumo de oxígeno, el
efecto de las características de la dieta en la fisiología del camarón blanco del Golfo
de México Penaeus setiferus.
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Ureogénesis
La ureogénesis es el proceso de síntesis y excreción de urea, que tiene gran
importancia, ya que su funcionamiento no depende de las variaciones en el
equilibrio ácido-básico, que impone limitaciones a la excreción renal del amoníaco
en forma de sales de amonio. Y además, la urea a diferencia del amoníaco es un
compuesto de muy baja toxicidad. Los animales que excretan urea como principal
forma de eliminación del amoniaco son ureotélicos, entre ellos el hombre y la mayor
parte de los vertebrados terrestres. La síntesis de urea se lleva a cabo en el hígado
y desde este órgano alcanza el riñón, donde resulta eliminada por medio de la orina,
por esta vía un ser humano elimina entre 25 y 30 gramos de urea, este compuesto
representa el 90 % de las sustancias nitrogenadas urinarias. La principal fuente de
amoníaco para la síntesis de urea es el nitrógeno de los aminoácidos, de ahí que su
excreción experimente variaciones en dependencia de la ingestión de proteínas de
cada sujeto. Estudiaremos a continuación las reacciones de esta vía metabólica.
Mediante la ureogénesis 2 moléculas de NH3 y una de CO2 son convertidas en
urea, como pueden observar en la reacción global. Hay otra enzima carbamil fosfato
sintetasa II que se localiza en el citoplasma, utiliza glutamina y participa en la
síntesis de nucleótidos. La biosíntesis de urea comienza con la formación del
compuesto carbamil fosfato, reacción en la cual el NH3 se une al CO2,
consumiendo dos enlaces ricos en energía del ATP. Esta reacción es catalizada por
la enzima carbamil fosfato sintetasa I (que es mitocondrial y utiliza amoníaco). Hay
otra enzima carbamil fosfato sintetasa II que se localiza en el citoplasma, utiliza
glutamina y participa en la síntesis de nucleótidos. La citrulina formada, abandonala
mitocondria ya que el resto de las reacciones tienen lugar en el citosol. La siguiente
reacción consiste en la incorporación del segundo grupo nitrogenado alimentador
del ciclo, a partir del ácido aspártico, el que se une con la citrulina. Se obtiene ácido
arginino-succínico, por la acción de la enzima arginino succínico sintetasa. Esta
reacción también requiere de aporte energético, en este caso se consume el
equivalente de 2 enlaces ricos en energía, pues el pirofosfato liberado resulta
hidrolizado por pirofosfatasas, lo cual tiene un efecto impulsor sobre la totalidad de
la secuencia de reacciones. A continuación el ácido arginino succínico es escindido
por la enzima arginino succínico liasa formándose arginina y ácido fumárico.
Ureogénesis y ciclo de Krebs
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La formación de ácido fumárico en esta reacción, posibilita un aporte continuo de
grupos amino a la ureogénesis, ya que en el ciclo de Krebs este se convierte en
ácido oxalacético el cual por transaminación se convierte nuevamente en aspártico,
que se incorpora a la ureogénesis. La última reacción es la hidrólisis de la arginina
por acción de la enzima arginasa, esta enzima está presente solamente en el
hígado donde tiene una elevada actividad. Los productos de esta reacción son la
urea, metabolito final de la ureogénesis, y la ornitina, que reinicia el ciclo. Para
recomenzar las reacciones del ciclo, la ornitina debe pasar del citosol a la matriz
mitocondrial, donde puede reaccionar nuevamente con el carbamil fosfato. La
síntesis de una molécula de urea consume 4 enlaces ricos en energía, lo que
constituye el costo metabólico de la conversión del amoníaco, altamente tóxico en
urea.
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Aminas de interés biomédico
La enfermedad inflamatoria intestinal es una patología inflamatoria sistémica
recidivante que afecta principalmente al tracto digestivo, constituida por 3 entidades
independientes, enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa y colitis indeterminada. La
etiopatogenia es desconocida, aunque parece estar relacionada con la interacción
de factores genéticos, inmunológicos y ambientales. Su diagnóstico se basa en una
combinación de datos clínicos, tanto endoscópicos, histológicos y biomarcadores,
no siendo ninguna identidad patognomónica con la enfermedad. Estudios previos
han demostrado que las poliaminas obtenidas principalmente de la dieta y de fuente
bacteriana del tracto digestivo, intervienen en el desarrollo y maduración del trofismo
del epitelio intestinal, tanto en animales como en neonatos. Dichas poliaminas
podrían ejercer un papel importante en la fisiología de las enfermedades
inflamatorias intestinales y ser útiles como posibles marcadores diagnósticos, por lo
que determinamos mediante HPLC aminas biógenas en sangre periférica y heces
de pacientes con enfermedades inflamatorias intestinales para establecer su
correlación con los parámetros clínicos y marcadores (PCR, VSG, calprotectina
fecal) de estas patologías, además de valorar el efecto de las aminas biógenas
sobre la motilidad intestinal en ratones. Los resultados muestran diferencias
cualitativas y cuantitativas de las aminas biógenas de células sanguíneas, plasma,
heces y/o fuente bacteriana entre el grupo control y las patologías intestinales, con
correlaciones diferentes para la enfermedad de Crohn y colitis ulcerosa, sugiriendo
que la microbiota intestinal en estas enfermedades es dispar. Además las aminas
biógenas podrían modular la motilidad intestinal.
Las aminas biógenas son compuestos nitrogenados de bajo peso molecular que se
forman principalmente por descarboxilación de aminoácidos. Estas aminas son
moléculas con funciones fisiológicas esenciales para los seres vivos. Sin embargo,
la descarboxilación de algunos aminoácidos, llevada a cabo por determinados
microorganismos, puede provocar la presencia de concentraciones altas de aminas
biógenas en los alimentos, de forma que tras su ingestión pasan a la circulación
sanguínea desde donde ejercen diversos efectos tóxicos.
Las intoxicaciones alimentarias causadas por aminas biógenas son histamina,
tiramina, putrescina, cadaverina, triptamina, β-feniletilamina, espermina y
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espermidina. La intoxicación por histamina es la más conocida, conocida como
enfermedad escombroide debido a que los trastornos tenían lugar tras la ingestión
de pescados del grupo Escombroidae. El aminoácido precursor es la histidina.
La intoxicación por tiramina (reacción del queso) se debe a sus niveles altos en los
quesos. Además de su propia toxicidad, estudios recientes han demostrado que la
tiramina favorece la adhesión de patógenos como Escherichia coli O157:H7 a la
mucosa intestinal. Por otro lado, diaminas como putrescina y cadaverina pueden
reaccionar con nitritos dando lugar a la formación de nitrosaminas de conocido
efecto cancerígeno.