BMC Teorica 7

Vista previa del material en texto

BMC (UNM) 
 
Glicobiología y Lípidos 
La glicobiología comprende el estudio de la estructura molecular y función 
biológica de los polisacáridos libres o presentes en glicoproteínas, 
glicolípidos y proteoglicanos así como las proteínas que interactúan con 
ellos, evaluando su implicación en el desarrollo de patologías, diagnóstico y 
terapia. 
Los carbohidratos 
Los carbohidratos son las moléculas esenciales para el almacenamiento de 
la energía en la mayoría de los organismos y forman parte de diversas 
estructuras de la célula. 
Pueden ser moléculas pequeñas (azúcares) o moléculas complejas. 
Se los puede clasificar de acuerdo con el número de moléculas de azúcares 
que contienen: 
Monosacáridos: ribosa glucosa fructosa 
Disacáridos: (dos moléculas de azúcar unidas covalentemente) 
Sacarosa maltosa lactosa 
Glucosa y Fructosa 2 unidades de Glucosa Galactosa y Glucosa 
Polisacáridos: glucógeno y almidón 
(Los dos son polímeros de glucosa y moléculas energéticas) 
 quitina y celulosa (cumplen funciones estructurales) 
Enlaces ,  y numeración de los carbonos 
Glucógeno: 
Polímero de D-glucosa 
con enlaces  1,4 y 
ramificaciones 1,6 
Almidón: 
El glucógeno es la reserva nutricional de los animales. 
 Cuando digerimos los alimentos, el hígado se encarga de sintetizar glucógeno 
 a partir de la glucosa que ingerimos, como molécula de reserva. 
 Libera glucosa en sangre cuando otros órganos la necesitan. 
 
El almidón (amilosa y amilopectina) es la reserva natural de las plantas. 
 Semillas, raíces y tubérculos, contienen almidón para alimentar a la plántula. 
El dextrano, es el polisacárido de reserva en levaduras y bacterias y también 
contiene sólo residuos de glucosa, pero a diferencia del glucógeno y del almidón, los 
monómeros están unidos por enlaces -1,6 exclusivamente. 
Dependiendo de las especies puede haber ramificaciones  -1,2,  -1,3 ó  -1,4. 
Celulosa: Es un polímero lineal de glucosa, pero con enlaces  1,4 
Tiende a formar cristales que la convierten en insoluble en agua. 
Tiene una función estructural: Forma la pared de las células vegetales 
Polímeros de glucosa: 
-1,4 
-1,4 con 
ramificaciones -1,6 
-1,4 con 
ramificaciones -1,6 
-1,4 
Quitina: Es un polímero lineal de N-acetil-D-glucosamina (GlcNAC) con uniones  1,4 
Forma el exoesqueleto de los 
artrópodos y la pared de los hongos 
Aplicaciones de las enzimas que polimerizan 
o despolimerizan los azúcares 
La biomasa vegetal o biomasa lignocelulósica, es la fuente principal de materia 
orgánica del mundo. 
La celulosa es la biomolécula orgánica más abundante ya que forma la mayor parte de la 
biomasa terrestre. 
La biomasa lignocelulósica está formada por: celulosa, hemicelulosa y lignina. 
Hemicelulosa: polímero heterogéneo más corto que la celulosa (entre 50 y 200 
unidades), formado por cadenas lineales de pentosas o hexosas , tales como 
glucosa, xilosa o manosa con ramificaciones de diversos tipos de azúcares. 
Celulosa: homopolisacárido formado por unidades repetitivas de D-glucosa, unidas 
por enlaces de tipo glicosídicos β-1,4, en forma de cadenas lineales. 
Lignina: es un co-polímero heterogéneo constituido por tres monómeros de 
fenilpropanoides. 
Cultivos energéticos 
Residuos agrícolas 
Residuos forestales 
Residuos sólidos 
municipales e industriales 
Fuentes de 
biomasa 
lignocelulósica 
 Pastos perennes 
 Plantas acuáticas 
 Remanentes en el suelo 
 Sub-productos del procesamiento 
 Maderas 
 Sub-productos del 
procesamiento 
 
 Alimentos 
 Derivados de papel 
¿Cómo podemos aprovechar toda esa masa lignocelulósica? 
Enzimas 
celulolíticas 
Pre-tratamiento 
fisicoquímico 
Biomasa 
lignocelulósica 
Celulosa 
Hemicelulosa 
Lignina 
Hidrólisis Fermentación 
Destilación, 
Separación y 
Purificación 
Bioetanol 
y 
derivados 
Pentosas 
Hexosas 
Etanol 
Microorganismos 
etanologénicos 
Debido a la complejidad estructural de la biomasa, existen numerosas enzimas que 
actúan en conjunto para lograr una bioconversión eficiente. 
Celulasas: La hidrólisis de la celulosa requiere la acción combinada de al menos tres 
tipos de enzimas (GHs), capaces de hidrolizar los enlaces glicosídicos β-1,4 
Endoglucanasas Exoglucanasas β-glucosidasas 
Hemicelulosa 
• Xilanasas 
• Xilosidasas 
• Glucuronidasas 
• Galactosidades 
• Feruloil esterasas 
• Arabinofuranosidadas 
• Acetil xilan esterasas 
Hemicelulasas: β-1,4-endoxilanasas 
β-1,4-xilosidasas 
Enzimas desramificantes 
¿De dónde podemos obtener estas enzimas para procesar la biomasa vegetal? 
De los organismos que las producen naturalmente: 
 hongos y bacterias 
Bioenergía: Rama de la ciencia que se dedica a la búsqueda, aislamiento, 
caracterización y producción de enzimas capaces de hidrolizar la biomasa 
lignocelulósica. 
No todo es para producir bioetanol… 
En la industria de alimentos, este tipo de enzimas se utilizan para la extracción y 
clarificación de jugos de frutas y vegetales (combinaciones de celulasas, 
xilanasas y mananasas). Las mismas permiten una licuefacción del macerado de 
frutas y vegetales y reducen la viscosidad del producto final. 
Algunos tipos de xilanasas son utilizadas para el mejoramiento de la 
calidad de productos de panadería 
En la industria del vino y cerveza, el uso de glucanasas y pectinasas mejora la 
maceración de uvas, reduce la viscosidad de la cerveza y modifica algunos 
residuos aromáticos, mejorando el aroma de vinos. 
Una de las aplicaciones más recientes de Xilanasas es en la producción de 
xilooligosacáridos para ser empleados como pre-bióticos en alimentos, al 
estimular el desarrollo de bacterias pro-bióticas benéficas en el intestino. 
En relación a la alimentación animal, el uso de hidrolasas (glucanasas y 
xilanasas) en animales monogástricos mejora el valor nutricional, ya que 
favorece la digestibilidad del material lignocelulósico de los cereales. 
Los prebióticos obtenidos de las hemicelulosas son compuestos formados por 
dos, tres, cuatro y hasta cinco unidades de carbohidratos que al ser ingeridos, 
no pueden ser absorbidos por el organismo sin embargo, una vez que pasan a 
través del estómago, la flora intestinal sí es capaz metabolizarlos. Si esta flora es 
benéfica, se favorece su proliferación y por lo tanto, el organismo se ve también 
beneficiado por el consumo de este tipo de prebióticos. 
Ej: la cebada es una materia muy dura y resistente a la degradación biológica y 
química, tiene bajo valor nutricional y su uso directo para la alimentación de 
ganado debe ir acompañado con complementos; sin embargo tiene un alto 
contenido de fibra y presentan un alto contenido de xilanos. 
Leche deslactosada: 
Muchos adultos se vuelven intolerantes a la lactosa, el azúcar natural de la leche. 
En el proceso de deslactosado, se agrega una enzima lactasa que hidrolice la 
lactosa en sus componentes: glucosa y galactosa, haciendo que la leche sea más 
digerible. 
Glicosaminoglicanos y Proteoglicanos 
Glicosaminoglicanos y Proteoglicanos 
Los glicosaminoglicanos (GAG) son largos polímeros sin ramificar que pueden existir 
como moléculas independientes (ej: hialurano) o asociados a otras moleculas (ej: 
proteoglicanos). 
Su estructura se basa en repeticiones de disacáridos siendo normalmente uno de 
ellos el ácido urónico. 
Existen por lo menos seis GAGs: 
Ácido hialurónico, condroitín sulfato, keratán sulfato, heparina, heparán sulfato 
y dermantán sulfato. 
El ácido hialurónico: 
Es un GAG que se encuentra en diversos tejidos de nuestro cuerpo, por ejemplo: 
en el tejido conectivo que sostiene la columna vertebral, en el líquido sinovial de 
las articulaciones, en la epidermis, etc. 
Es un importante GAG de la homeostasis articular. 
Debido a su alto número de grupos OH, es capaz de retener grandes cantidades de 
agua. 
Se emplea para hidrataciónde la epidermis ya 
que reconstituye las fibras que sostienen los 
tejidos de la piel. Dando una mejor forma a la 
piel. 
El condroitín sulfato o sulfato de condroitina es un importante componente de la mayoría 
de los tejidos de vertebrados e invertebrados y está presente principalmente en aquellos 
que poseen una gran matriz extracelular, como los que forman los tejidos conectivos del 
cuerpo, cartílago, piel, vasos sanguíneos, así como los ligamentos y los tendones. 
En las enfermedades articulares degenerativas, tales como la artrosis, se produce un 
deterioro y una pérdida del cartílago articular. Una fase clave en el proceso degenerativo 
artrósico es la pérdida del condroitín sulfato del cartílago y la exposición de su red de 
colágeno a un mal funcionamiento mecánico. 
El condroitín sulfato se usa como fármaco 
contra la artrosis en varios países 
europeos. También se usa en medicina 
veterinaria de perros, gatos y caballos. 
Heparina: Es un GAG altamente sulfatado. 
Tiene la densidad de carga más alta conocida entre las biomoléculas. 
Unidad disacárida 
repetitiva de la 
Heparina 
No tiene función estructural. 
Se desconoce su papel fisiológico 
natural, pero en medicina se la usa 
como anti-coagulante 
Galectina-1 y tumores 
La glicobiología también estudia las proteínas que interactúan con los glicolípidos, 
las glicoproteínas y los proteoglicanos. 
Las Galectinas son proteínas de la familia de las Lectinas y juegan un importante 
papel en procesos relacionados con la respuesta inmune. 
Galectinas 
humanas 
Localización Implicación en 
enfermedad 
Galectina 1 Producidas por L.T. y L.B. 
Se encuentra tb en músculo, riñon y neuronas 
Implicada en cáncer. 
Galectina 2 Tracto gastrointestinal no 
Galectina 3 Amplia distribución Implicada en cáncer 
Galectina 4 Intestino y estómago Enfermedad 
Inflamatoria intestinal 
Galectina 7 Epitelio escamoso estratificado Implicada en cáncer 
Galectina 8 Amplia distribución Implicada en cáncer 
Galectina 9 Riñón, timo, líquido sinovial. Artritis reumatoidea 
Galectina 10 Eosinófilos y basófilos No 
Galectina 12 Tejido adiposo No 
Galectina 13 Placenta No 
La proteína se une a las moléculas de azúcares que recubren las células blanco y a 
través de esta interacción, activa diferentes respuestas dentro y fuera de las células. 
Cuando se une a los azúcares de ciertas células las ‘duerme’ mientras que a otras las 
‘activa’. Pero Gal-1 no es quien decide el efecto que causa, sino que esa información 
está codificada en los azúcares de membrana de la célula blanco. 
Galectina-1 es una proteína que en humanos está codificada por el gen LGALS1. 
Tiene efectos en la modulación de las interacciones célula-célula y célula-matriz 
extracelular. 
Los azucares no ‘decoran’ la superficie celular, sino que funcionan como un código que 
usan las células para comunicarse y que es leído y descifrado por diferentes moléculas, 
como las galectinas. 
Gal-1 se une a los azúcares de superficie de los Th1 y Th17 e inhibe su proliferación 
(homeostasis inmunológica). 
Gal-1 se une a los azúcares de superficie de células endoteliales (recubren el interior de 
los vasos sanguíneos) y estimula su proliferación. 
En los tumores: 
Se observó que muchas células tumorales 
expresan y liberan Gal-1 en cantidades 
mucho mayores que una célula normal. 
Se inhibe la proliferación de Th1 
y Th17, células implicadas en la 
respuesta anti-tumoral. 
Estimula la proliferación de 
células endoteliales: se crean 
nuevos vasos sanguíneos 
(angiogénesis) que nutren el 
tumor y que le sirven para 
dispersarse y hacer metástasis. 
Se ha comprobado que la galectina-1 se expresa en diversos tipos de tumores, como 
carcinoma de mama, ovario, melanoma y próstata. Además, parece haber una 
asociación importante entre los niveles de expresión de esta proteína y el grado de 
agresividad de la mayoría de estos tumores. 
Investigadores alemanes estudiaron, diseñaron y evaluaron un azúcar complejo muy 
específico, capaz de unirse a Gal1 e inhibir su acción sobre otros azúcares. 
Posibles soluciones: 
En Argentina, el grupo del Dr. Rabinovich (CONICET), busca desarrollar nuevos fármacos 
o mecanismos que inhiban a Gal1. 
Los datos preliminares muestran que, cuando se inhibe su síntesis o se remueve del 
sistema, los tumores frenan su crecimiento y dejan de hacer metástasis. 
Rabinovich y su equipo trabajaron en el modelo de Sarcoma de Kaposi y Anticuerpos 
monoclonales para bloquear Gal1. 
“Los resultados son muy alentadores, aunque no lo cura, logramos mantener a raya al 
tumor, suprimir su crecimiento, e inhibir la angiogénesis en un 85 por ciento de los 
casos”. 
La glicobiología es una rama de la ciencia que ha crecido mucho aportando 
grandes avances en las áreas de Medicina, cosmética y Nutrición. 
Lípidos 
Los lípidos son un grupo general de sustancias orgánicas insolubles en solventes 
polares como el agua. Pero sí son solubles en solventes orgánicos no polares, tales 
como cloroformo y éter. 
Típicamente, los lípidos son moléculas de almacenamiento de energía, 
usualmente en forma de grasa o aceite, y cumplen funciones estructurales, 
como en el caso de los fosfolípidos, glucolípidos y ceras. 
Lípidos como almacenamiento de energía: las grasas 
A diferencia de muchas plantas, los animales sólo tienen una capacidad limitada para 
almacenar carbohidratos. 
En los vertebrados, cuando los azúcares que se ingieren sobrepasan las posibilidades de 
utilización o de transformación en glucógeno, se convierten en grasas. 
De modo inverso, cuando los requisitos energéticos del cuerpo no son satisfechos por la 
ingestión inmediata de comida, el glucógeno y posteriormente la grasa son degradados 
para llenar estos requerimientos. 
Algunas plantas también almacenan energía en forma de aceites, especialmente en las 
semillas y en los frutos. 
Las grasas y los aceites contienen una mayor proporción de enlaces carbono-hidrógeno 
ricos en energía que los carbohidratos y en consecuencia, contienen más energía 
química. 
En promedio: 9,3 kcal/g de grasa 
 3,79 kcal/g de carbohidrato 
 3,12 kcal/g de proteínas. 
Grandes masas de tejido graso rodean a algunos órganos como, por ejemplo, a 
los riñones de los mamíferos, y sirven para protegerlos de una conmoción física. 
Estos depósitos de grasa permanecen intactos, aun en épocas de inanición. 
Otra característica de los mamíferos es una capa 
de grasa que se encuentra debajo de la piel y 
que sirve como aislante térmico. Esta capa está 
particularmente bien desarrollada en los 
mamíferos marinos. 
Una molécula de grasa está formada por tres ácidos grasos unidos a una molécula de 
glicerol (de aquí el término "triglicérido") 
Las propiedades físicas de una grasa, como por ejemplo su punto de fusión, están 
determinadas por las longitudes de sus cadenas de ácidos grasos y dependen también 
de si las cadenas son saturadas o insaturadas (con doble enlace C=C). 
Las cadenas rectas de los ácidos grasos saturados permiten el empaquetamiento de las 
moléculas, produciendo un sólido como la manteca o el cebo. 
En los grasos insaturados (cis), los dobles enlaces provocan que las cadenas se doblen; 
esto tiende a separar las moléculas, produciendo un líquido como el aceite de oliva o de 
girasol. 
Ácidos grasos insaturados en cis o en trans: 
¿Manteca o margarina? 
La margarina surgió como un reemplazo “saludable” y económico de la manteca. 
La margarina se obtiene con la emulsión de una mezcla de aceites con agua, que se 
somete a un proceso de hidrogenación (alta presión y catalizador químico) más el 
agregado de estabilizantes y colorantes. 
En el proceso original de fabricación, durante la hidrogenación, se formaban ácidos grasos 
saturados en trans. 
Las grasas trans no solo aumentan el colesterol “malo” LDL, como las grasas saturadas, 
sino que además hacen disminuir el colesterol “bueno” HDL. 
¡Hay que leer las etiquetas de los alimentos que consumimos!Lípidos con funciones estructurales: fosfolípidos y glucolípidos 
Los fosfolípidos y los glucolípidos están compuestos de dos cadenas de ácidos grasos 
unidas a un esqueleto de glicerol. 
En los Glucolípidos, el tercer carbono del glicerol está unido a una cadena corta de 
carbohidrato (grupo hidrofílico). 
En los Fosfolípidos, el tercer carbono del glicerol está unido a un grupo fosfato, el que 
está unido a otro grupo polar. 
Dado que los fosfolípidos y glucolípidos tienen cabezas solubles en agua y colas 
insolubles en ella, tienden a formar una película delgada en una superficie acuosa, 
con sus colas extendidas por encima del agua. 
Rodeados de agua, se distribuyen 
espontáneamente en dos capas, con sus 
cabezas hidrofílicas extendidas hacia 
afuera y sus colas hidrofóbicas hacia 
adentro. Esta disposición, la bicapa 
lipídica, constituye la base estructural de 
las membranas celulares. 
Principales fosfolípidos que forman la membrana celular: 
fosfoglicéridos 
Otro lípido integrante de la membrana: el colesterol 
Las membranas de células animales contienen colesterol, además de fosfolípidos y 
glucolípidos. 
El colesterol es un esterol (o esteroide). 
Aunque los esteroides no se asemejan estructuralmente a los otros lípidos, se los agrupa 
con ellos porque son insolubles en agua. 
Las moléculas de colesterol se orientan solas 
en la bicapa lipídica con su grupo hidroxilo 
cerca de las cabezas polares de los fosfolípidos 
adyacentes. 
La función del colesterol es regular la fluidez de la bicapa, inmovilizando las colas 
hidrofóbicas próximas a la región polar. 
Endurece la membrana, disminuye su fluidez y permeabilidad y evita su congelamiento 
a muy bajas temperaturas. 
El colesterol es sintetizado en el hígado a partir de ácidos grasos saturados y también 
se obtiene en la dieta, principalmente en la carne, el queso y las yemas de huevo. 
Las altas concentraciones de colesterol en la sangre están asociadas con la 
aterosclerosis, enfermedad en la cual el colesterol se encuentra en depósitos grasos en 
el interior de los vasos sanguíneos afectados. 
Las hormonas sexuales y las hormonas de la 
corteza adrenal (la porción más externa de las 
glándulas suprarrenales, que se encuentran por 
encima de los riñones) también son esteroides. 
Estas hormonas se forman a partir del colesterol 
en los ovarios, testículos, corteza suprarrenal y 
otras glándulas que las producen. 
Ceras: 
Las ceras también son una forma de lípido. 
Las ceras protegen las superficies donde se depositan de la pérdida de agua y 
aíslan del frío a los tejidos internos. 
Químicamente son similares a las grasas completamente saturadas: son sólidas a T°amb. 
En plantas terrestres: 
Recubrimiento impermeable de tallos y hojas 
En animales: 
-Impermeabilizantes para el pelo de mamíferos y 
plumas de aves. 
-Impermeabilizantes para el exoesqueleto de insectos. 
-Construcción de colmenas 
Biosíntesis de ácidos grasos 
Las reacciones de catabolismo y anabolismo de ácidos grasos transcurren por vías 
diferentes, están catalizadas por enzimas diferentes y en partes diferentes de la 
célula. 
Acetil-CoA 
Acoplamiento a la 
enzima ácido graso 
sintetasa 
Síntesis de ácido graso 
Acetil-CoA 
carboxilasa 
Malonil-CoA 
Reacciones en 4 etapas: 
Biosíntesis de Triacilgliceroles 
y Fosfoglicéridos 
La mayor parte de los ácidos grasos sintetizados o ingeridos por un 
organismo presentan dos destinos: 
 Incorporación en Triacilgliceroles 
para el almacenamiento de energía. 
 Incorporación en Fosfolípidos 
para una función estructural. 
Síntesis de colesterol 
La mayor parte del colesterol que tenemos en el cuerpo no procede de la dieta sino 
de su síntesis endógena. 
El metabolismo humano, como el de todos los animales sintetiza colesterol. Una 
persona normal (no obesa ni diabética) sintetiza diariamente entre 9 y 13 mg por kg de 
masa corporal. Así una persona de 70 kg sintetiza entre 630 y 900 mg de colesterol 
diariamente. 
Esta síntesis se hace en varios órganos y tejidos, pero el principal es el hígado que da 
cuenta del 50-75%% de la producción. Le sigue la corteza adrenal y las glándulas 
sexuales (10-22%) y el intestino (7-18%). 
Acetil-CoA Mevalonato 
3 reacciones 11 reacciones 
Colesterol 
La ruta de síntesis de colesterol es una de las más largas y complejas del metabolismo. El 
proceso, igual en todos los tejidos y en todos los animales, tiene veinte pasos, con la 
participación de muchas enzimas y proteínas diferentes. 
Hay multitud de procesos reguladores y de transporte de productos por el citoplasma, 
por las membranas internas de la célula y por los compartimentos intracelulares (retículo 
endoplásmico y aparato de Golgi). 
Regulación de la síntesis de colesterol 
Un factor muy importante que debemos considerar es que la mayor parte del colesterol 
que tenemos en el cuerpo (y la causa de su exceso) no procede del colesterol de la dieta 
sino de su síntesis endógena. 
El punto principal de regulación es la enzima HMG CoA reductasa (HMGR), primera 
enzima de la cadena de síntesis. Esta enzima se regula mediante mecanismos que operan 
sobre su actividad y sobre su cantidad. 
Mediante un mecanismo de retroalimentación o feed-back negativo. 
Este mecanismo de control no llega a ser del todo eficaz debido a la complejidad de 
pasos involucrados y la compartimentalización de las distintas etapas. 
Control de la síntesis de colesterol por la dieta 
Varios experimentos realizados en ratas y en monos, demostraron que si se suprime el 
colesterol de la dieta se sigue produciendo colesterol endógeno hasta niveles altos, 
mientras que si la dieta tiene suficiente colesterol (0,5% de su composición total) su síntesis 
se detiene totalmente. 
El colesterol que interacciona con la HMGR, y la inhibe, no es propiamente el colesterol que 
se ha sintetizado en esta ruta sino el que está unido a las lipoproteínas. 
Estas lipoproteínas son: las LDL (transportan el colesterol sintetizado del hígado hacia las 
tejidos); las HDL (remueve el colesterol de los tejidos y lo transporta devuelta al hígado) y 
los quilomicrones (CMR) que contienen el colesterol de la dieta. 
La diferencia entre ellas es que el hígado absorbe los CMR con mayor preferencia que las 
HDL y LDL, y también el colesterol que transportan los CMR se disocia mejor que el de las 
otras partículas para interaccionar con la HMGR e inhibirla. 
Además… Los ácidos grasos insaturados de la dieta contribuyen eficazmente a reducir la 
síntesis endógena de colesterol, así como la de ácidos grasos (lipogénesis), la síntesis y 
secreción de las lipoproteínas LDL y VLDL, y también contribuyen a eliminar el colesterol 
depositado en las placas ateroscleróticas.