Aminoacidos esenciales

Los aminoácidos esenciales son aquellos que el cuerpo humano no puede generar por si solo. Esto implica que la única fuente de estos aminoácidos en esos organismos es la ingesta directa a través de la dieta. Las rutas para la obtención de estos aminoácidos esenciales suelen ser largas y energéticamente costosas. Cuando un alimento contiene proteínas con todos los aminoácidos esenciales, se dice que son de alta o de buena calidad. Algunos de estos alimentos son: la carne, los huevos, los lácteos y algunos vegetales como la espelta, la soja y la quinoa.

No todos los aminoácidos son esenciales para todos los organismos (de hecho sólo ocho lo son), por ejemplo, la alanina (no esencial) en humanos se puede sintetizar a partir del piruvato.

En humanos se han descrito estos aminoácidos esenciales:

* fenilalanina
* isoleucina
* leucina
* lisina
* metionina
* treonina
* triptófano
* valina
* arginina
* histidina

Los aminoácidos que contienen azufre, metionina y cisteína, se pueden convertir uno en el otro, por lo que por conveniencia se consideran una única fuente. Del mismo modo, la arginina, ornitina y citrulina son interconvertibles, y también se consideran una única fuente de aminoácidos nutricionalmente equivalentes.

Proteinas

Las proteínas son macromoléculas formadas por cadenas lineales de aminoácidos. El nombre proteína proviene de la palabra griega πρώτα ("prota"), que significa "lo primero" o del dios Proteo, por la cantidad de formas que pueden tomar.

Las proteínas desempeñan un papel fundamental en los seres vivos y son las biomoléculas más versátiles y más diversas.
Realizan una enorme cantidad de funciones diferentes, entre las que destacan:
* estructural (colágeno y queratina),
* reguladora (insulina y hormona del crecimiento),
* transportadora (hemoglobina),
* defensiva (anticuerpos),
* enzimática,
* contráctil (actina y miosina).

Las proteínas de todo ser vivo están determinadas mayoritariamente por su genética (con excepción de algunos péptidos antimicrobianos de síntesis no ribosomal), es decir, la información genética determina en gran medida qué proteínas tiene una célula, un tejido y un organismo.

Las proteínas se sintetizan dependiendo de cómo se encuentren regulados los genes que las codifican. Por lo tanto, son suceptibles a señales o factores externos. El conjunto de las proteínas expresadas en una circunstancia determinada es denominado proteoma.

Estructura de las Proteinas

Clasificación de las proteínas

Las proteínas pueden clasificarse, basándose en su:

Composición:

* Proteínas Simples: Son aquellas que por hidrolisis, producen solamente µ -aminoácidos.
. Ejemplos de estas son la insulina y el colágeno (fibrosas y globulares).

* Proteínas Conjugadas: Son aquellas que por hidrolisis, producen µ -amino-ácidos y además
. una serie de compuestos orgánicos e inorgánicos llamados : Grupo Prostético.

Las proteínas conjugadas pueden clasificarse de acuerdo a su grupo prostético (solo globulares):
o Nucleoproteínas (Ac. Nucleíco)
o Metaloproteínas (Metal)
o Fosfoproteínas (Fosfato)
o Glucoproteínas (Glucosa)

Conformación

* Proteínas Fibrosas: Son aquellas que se hayan constituidas por cadenas polipeptídicas,
. ordenadas de modo paralelo a lo largo de un eje formando estructuras
. compactas (fibras o láminas). Son materiales físicamente resistentes e
. insolubles en agua y soluciones salinas diluidas. Ej: colágeno, µ -queratina, . elastina y fibrina.

* Proteínas Globulares: Están constituidas por cadenas polipeptídicas plegadas estrechamente, . de modo que adoptan formas esféricas o globulares compactas.
. Son solubles en sistemas acuosos, su función dentro de la célula es móvil y
. dinámica. Ej : enzimas, anticuerpos, hormonas y proteínas de transporte

* Proteínas Mixtas: posee una parte fibrilar (comúnmente en el centro de la proteína) y otra . parte globular (en los extremos). Ej: miosina, fibrinógeno.

Precipitación selectiva de las proteinas

El agua es el disolvente biológico por excelencia. En disolución acuosa, los residuos hidrofóbicos de las proteínas se acumulan en el interior de la estructura, mientras que en la superficie aparecen diversos grupos con carga eléctrica, en función del pH del medio. En torno a los grupos cargados, los dipolos del agua se orientan conforme a la carga eléctrica de cada grupo, de tal manera que la proteína presenta una capa de solvatación formada por el agua de hidratación, que es el agua retenida por las cargas eléctricas de la superficie de las proteínas.

Los AA polares sin carga también se disponen en la superficie, donde interaccionan con el agua mediante puentes de hidrógeno. Cualquier factor que modifique la interacción de la proteína con el disolvente disminuirá su estabilidad en disolución y provocará la precipitación.

Así, la desaparición total o parcial de la envoltura acuosa, la neutralización de las cargas eléctricas de tipo repulsivo o la ruptura de los puentes de hidrógeno facilitará la agregación intermolecular y provocará la precipitación.
La precipitación suele ser consecuencia del fenómeno llamado desnaturalización.

Propiedades de las proteinas:

SOLUBILIDAD

La solubilidad de una proteína está influenciada por los siguientes factores:
a) su composición en aminoácidos (una proteína rica en aminoácidos polares es en general más soluble que una rica en aminoácidos hidrofóbicos)
b) su estructura tridimensional (las proteínas fibrosas son en general menos solubles que las globulares)
c) el entorno de la propia proteína.(factores ambientales )
1) la temperatura; (2) la constante dieléctrica del medio; (3) el pH del mismo; y (4) la fuerza iónica Las proteinas son solubles en agua cuando adoptan una conformación globular.

La solubilidad es debida a los radicales (-R) libres de los aminoácidos que, al ionizarse, establecen enlaces débiles (puentes de hidrógeno) con las moléculas de agua. Así, cuando una proteina se solubiliza queda recubierta de una capa de moléculas de agua (capa de solvatación) que impide que se pueda unir a otras proteinas lo cual provocaría su precipitación (insolubilización).

Esta propiedad es la que hace posible la hidratación de los tejidos de los seres vivos.

CAPACIDAD AMORTIGUADORA

Las proteinas tienen un comportamiento anfótero y ésto las hace capaces de neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y por tanto liberar o retirar protones (H+) del medio donde se encuentran. Esta propiedad se debe a la existencia de:

• Grupos ionizables de las cadenas laterales de los aminoácidos Asp, Glu, Lys, Arg, His, Tyr, Cys.
• Grupos COOH y NH2 terminales

Por este motivo, las proteínas poseen un considerable poder amortiguador en una amplia zona de pH. Aunque cada AA tiene unos grupos ionizables con unas constantes de ionización (pKa) características, el valor de dichas constantes puede verse ligeramente modificado por el entorno proteico. El grupo imidazol del AA histidina es el principal responsable del poder amortiguador de las proteínas a pH fisiológico, ya que su pKa está próximo a 7.

RECAMBIO  PROTEICO

Recambio Proteico: Las proteínas del cuerpo están en un continuo proceso de renovación. Por un lado, se degradan hasta sus aminoácidos constituyentes. Por otro, se utilizan estos aminoácidos junto con los obtenidos de la dieta, para formar nuevas proteínas en base a las necesidades del momento. A este mecanismo se le llama recambio proteico.

Importancia de Recambio Proteico Es imprescindible para el mantenimiento de la vida, siendo la principal causa del consumo energético en reposo (Tasa de Metabolismo Basal). 

El metabolismo basal o tasa metabólica basal es la cantidad de energía que se gasta mientras se permanece en reposo dentro de un entorno templado y en el estado de post-absorción. La liberación de energía en este estado es solo la suficiente para el funcionamiento de los órganos vitales tales como el corazón, los pulmones, el cerebro y resto del sistema nervioso, el hígado, los riñones, los órganos sexuales, los músculos y la piel.

Balance nitrogenado:

Se refiere al balance de proteínas, porque la mayor parte del N corporal está en los aminoácidos que componen las proteínas.

Es muy importante entender que un adulto sano no acumula proteínas de tal manera que si las ingiere en cantidades mayores a sus necesidades, aumentará su excreción de N ureico en la orina.
Por la misma razón, si las ingiere en menor cantidad que sus requerimientos, estará en Balance Nitrogenado (BN) negativo que está traduciendo un deterioro en su composición corporal por disminución de su masa magra.

El BN en un día se puede medir evaluando la ingesta de proteínas (6,25 g de proteínas equivale a 1 g de N) y las pérdidas urinarias como N ureico (NUU)o N total (NTU):

BN = Nin - (NUU + 4) ó BN = Nin - (NTU + 2)

El mejor método para el medir el nitrógeno total urinario es el de Kjeldahl. Habitualmente estimamos el nitrógeno urinario total (NUT) a partir de la urea urinaria (UU) con el siguiente método.
1.- Se mide el volumen de la diuresis de 24 horas y se toma una proporcional que es enviada al laboratorio para medir la urea urinaria en orina de 24 horas.
2.- El resultado generalmente lo reportan en gramos de urea por litro de orina (g/L), por lo que para saber la urea urinaria total, se multiplica los gramos de urea urinaria reportados por el volumen total de orina.

Por ej.: si la urea urinaria fue de 15 g/L y la diuresis total medida fue de 2 L, la urea urinaria total (15 x 2) es de 30 g/día. Para calcular cuanto fue la pérdida de nitrógeno en forma de urea urinaria, multiplico la urea urinaria total por 0.467 (factor de conversión de urea a nitrógeno). Así en nuestro ejemplo multiplico 30 g/día x 0.467 = 14.01 g/día de nitrógeno (N) derivado de la urea urinaria.
Finalmente para calcular la eliminación total de nitrógeno por la orina (nitrógeno urinario total), sumo las pérdidas de nitrógeno provenientes de la urea urinaria más las pérdidas de nitrógeno provenientes de otros compuestos no ureicos que también se eliminan por la orina (amonio, creatinina, ácido úrico, etc.).

Se considera que debe añadirse un factor fijo de 2 g de N/día al nitrógeno de la urea urinaria ya calculado.
Entonces 14.01 + 2 = 16.01 de N urinario total. Pero para calcular el balance nitrogenado se deben tener en cuenta no sólo las distintas vías de ingreso de nitrógeno (proteínas por vía oral, enteral o parenteral) sino también las distintas vías de egreso de N del organismo.
Así la fórmula del balance de N es la siguiente:

Balance de N = Ingreso de N - (N urinario + N fecal + N tegumentario y misceláneas).

Como vemos los egresos de nitrógeno no son exclusivamente por la vía urinaria, por lo que al nitrógeno urinario total ya calculado hay que sumar las pérdidas a nivel de la materia fecal y a nivel tegumentario.

El N fecal está compuesto de células descamadas, bacterias, y proteínas no absorbidas de la dieta, lo cual implica un espectro de excreción de 0.2 a 3.5 g/N/día.

La excreción fecal de N aumenta con la menor digestibilidad de las proteínas, con la diarrea, en las enfermedades inflamatorias del intestino y en las enteropatías perdedoras de proteínas. El N fecal de pacientes sin enfermedad intestinal y con AP es de 0.3 a 0.5 g/N/día. De cualquier forma, Blackburn propone estimar el N fecal en 1.5 g/N/día en condiciones habituales.
Las pérdidas tegumentarias y misceláneas corresponden a sudor, descamación de la piel, pelos, uñas, secreciones nasales, semen, menstruación y sangre para estudios bioquímicos; éstas pérdidas varían con la temperatura ambiente y la ingesta proteica y aumentan en las quemaduras o enfermedades exfoliativas cutáneas.

Dado que éstas pérdidas son imposibles de medir en la práctica clínica, se estiman en 7 mg/Kg/día en los hombres y 8 mg/Kg/día en las mujeres ( 0.49 g/N en un hombre y 0.44 g/N en una mujer de 55 Kg.).
En cuanto a los ingresos de N, éstos se calculan como ya hemos visto dividiendo la cantidad de proteínas administradas, ya sea por vía oral, enteral o parenteral (aminoácidos) para 6.25, obteniendo así la cantidad de nitrógeno que ingresa al organismo. La idea es tratar de mantener este balance lo más cercano posible a la neutralidad, aumentando el aporte proteico en la AP si el balance nitrogenado es persistentemente negativo, para así evitar o minimizar el consumo catabólico de las proteínas endógenas, que a la larga disminuyen la masa magra corporal, con el compromiso subsiguiente de las funciones orgánicas indispensables para la vida.
El cálculo del balance nitrogenado es una herramienta útil no sólo para evaluar si la ingesta de proteínas es adecuada , sino también para determinar el grado de catabolismo inducido por la enfermedad. Por ejemplo, se estima que si la pérdida de nitrógeno urinario total está entre 10 y 15 g/día se trata de un catabolismo moderado; pero si es mayor de 15 g/día estamos ante un paciente con catabolismo severo, en quienes el mantener un balance nitrogenado neutro puede llegar a ser difícil de conseguir.

En un estudio de pacientes críticos se encontró que los pacientes sépticos tenían una pérdida urinaria de N total de 17.6 g/N/día; los post-quirúrgicos 15 g/N/día; y los politraumatizados fueron unos de los más hipercatabólicos con una pérdida de 21.7 g/N/día, aunque hubo pacientes con una pérdida de hasta 30 g/N/día. Para concluir, cuando la AP se indica para la repleción proteica en pacientes poco o nada injuriados, el objetivo es lograr un balance positivo de nitrógeno máximo de 4 a 6 g/día; si el paciente presenta una injuria moderada a severa el objetivo es un balance de nitrógeno de -2 a +2 g/día.

En los pacientes severamente injuriados el objetivo es disminuir todo lo posible el balance negativo de nitrógeno (lo más cercano a cero que sea posible).

Recientemente se está promulgando la utilización de dietas hipocalóricas- hiperproteicas en los pacientes gravemente enfermos, basados en el hecho de que las altas provisiones de glucosa durante la fase inicial de los pacientes gravemente injuriados puede resultar en un estrés metabólico adicional, con la consecuente repercusión cardiorrespiratoria, hiperdinámica, elevada producción de CO2 y frecuentemente esteatosis hepática.

Valor biológico de las proteínas

Es la fracción de nitrógeno absorbido que es retenido por el organismo. Una proteína tiene mayor valor biológico, o es de alta calidad, cuando tiene mayor capacidad de brindar nitrógeno al organismo.
Las proteínas están formadas por diferentes aminoácidos, entre ellos nitrogenados y no nitrogenados.

Las proteínas son la mayor fuente de nitrógeno en el cuerpo. Las proteínas de alto valor biológico están contenidas por, y son incorporadas al organismo al consumir, carnes, lácteos animales y huevos.

Los productos de origen vegetal, a diferencia de los de origen animal, son de bajo valor biológico, por lo que sus proteínas son deficientes. No existe una forma directa de medir el valor biológico de una proteína.

Necesidades diarias de proteínas

Por regla general, no puede fijarse una cantidad mínima indispensable para todos los individuos, pues ésta varía de acuerdo a la constitución de cada ser humano. Sin embargo, digamos que, de forma aproximada las necesidades diarias de proteína según la siguiente clasificación son:

a) Los niños de cuatro a seis años necesitan 50 a 55 gramos.
b) Los adolescentes femeninos, 90 gramos.
c) Los adolescentes masculinos, 100 gramos.
d) Los hombres, 76 gramos.
e) Las mujeres, 64 gramos.
f) La embarazada, 110 gramos

La insuficiencia de proteínas tiene siempre graves consecuencias, sobre todo en los niños y adolescentes, a los que ocasiona retraso o completa supresión del crecimiento. A los adultos, por el contrario, les produce flojedad muscular y fatiga.

Desde otro punto de vista, el exceso de ingestión de alimentos ricos en proteínas suele ser el origen de numerosas enfermedades, destacando entre ellas: enfermedades del hígado, los riñones, las arterias y las articulaciones, originadoras todas ellas del envejecimiento prematuro.

No olvidemos que por su composición, el nitrógeno hace que las proteínas sean acidificantes del pH sanguíneo.

Esto supone que el exceso de proteínas siempre sea uno de los principales problemas de salud con el que nos encontramos debido a la acidificación que produce de los tejidos. Es por esto que se deduce la necesidad de tener una dieta equilibrada en el que las proteínas no deben ser la principal fuente de la nutrición humana sino uno solo de sus componentes. En muchas dietas equilibradas donde lo que se persigue es la salud, el tomar una sola clase de proteína al día es suficiente para satisfacer nuestras necesidades.
Sin embargo, desgraciadamente el consumo de proteínas por la mañana, por el mediodía y además por la noche es un exceso que nuestro organismo, tarde o temprano, nos pedirá cuentas por ello.

DEGRADACION DE LAS PROTEINAS

En 1940 Henry Borsook y Rudolf Schoenheimer demostraron que los componentes de los sistemas vivientes se recambian constantemente.  La vida media de las proteínas va desde muy pocos minutos hasta semanas o en algunos casos meses.  las proteínas son continuamente sintetizadas y degradadas a los aminoácidos que las componen.

EL PAPEL DE ESTE PROCESO EN EL METABOLISMO SE PUEDE VER DESDE DOS PUNTOS PRINCIPALES:

1.- para eliminar proteínas anormales cuya acumulación puede ser peligrosa para la vida celular
2.- para permitir la regularización del metabolismo celular eliminando proteínas reguladoras.  Desde este punto de vista el papel fisiológico de una proteína depende de la velocidad con que se sintetiza así como de la velocidad con la que se degrada  por lo tanto, el control de la velocidad de degradación de una proteína es un factor muy importante en la economía celular.

Funciones de las proteinas

Así como los polisacáridos se reducen a ser sustancias de reserva o moléculas estructurales, las proteínas asumen funciones muy variadas gracias a su gran hetereogeneidad estructural. Describir las funciones de las proteínas equivale a describir en términos moleculares todos los fenómenos biológicos. Podemos destacar las siguientes:

* función enzimática
* función hormonal
* función de reconocimiento de señales
* función de transporte
* función estructural
* función de defensa
* función de movimiento
* función de reserva
* transducción de señales
* función reguladora

Muchas proteínas ejercen a la vez más de una de las funciones enumeradas: Las proteínas de membrana tienen tanto función estructural como enzimática; la ferritina es una proteína que transporta y, a la vez, almacena el hierro; la miosina interviene en la contracción muscular, pero también funciona como un enzima capaz de hidrolizar el ATP, y así se podrían poner muchos ejemplos más.

Hemoglobina(Hb)

La Hb es una proteína conjugada de color rojo, componente principal de los eritrocitos en un 31-34 % con un peso molecular aproximadamente de 65 000, y sirve de vehículo para el transporte de O2 y CO2 ademâs de que es un amortiguador del pH.

UNA molécula de Hb, está formada por dos pares de cadenas de polipéptidos llamados “GLOBINA”

Y cuatro grupos prostéticos llamados “HEM” y cada uno de ellos contiene un átomo de hierro ferroso. Hb. Cada grupo HEM se localiza exactamente en una determinada zona de las cadenas polipeptídica (cerca de la superficie de la molécula) el cual se combina de forma reversible con una molécula de O2 o CO2.

La hemoglobina también participa en la regulación de la presión arterial Tiene gran afinidad con el óxido nítrico .

Los eritrocitos que ya liberaron el oxígeno regresan a los pulmones y liberan CO2 y NO, luego la Hb absorbe otra variante el superóxido nítrico SNO, la liberación del SNO ocasiona vasodilacion (aumento del diámetro de los vasos sanguíneos) que produce que la reducción de la presión arterial,
Cuando hay exceso de NO causa vasoconstricción (disminución del diámetro vascular por contracción de su músculo liso parietal) esta causa el aumento de la presión arterial.

La síntesis de la Hb se inicia en el pronormoblasto, en la fase del retículocito, ésta cromoproteína es la responsable del transporte de O2 de los pulmones a los tejidos, mientras que el CO2 va de los tejidos a los pulmones, esto mediante la circulación sanguínea.

La magnitud de éste intercambio gaseoso es directamente proporcional, a la concentración de Hb en sangre (en estados patológicos de adición de otros compuestos como el monóxido de carbono, ésta regla se rompe) por lo tanto su determinación es un procedimiento para estimar la eficiencia de la circulación sanguínea desde éste punto de vista.

Las concentraciones de hemoglobina están influidas por variaciones fisiológicas como la edad, sexo, deshidratación, postura y altitud, y por procesos patológicos. Se encuentran valores patológicos en anemias y en policitemias.

Se observan valores de hemoglobina elevados en policitemia vera, eritrocitosis, deshidratación, recién nacidos, cianosis congénita o adquirida, enfermedad renal y pulmonar crónica, quistes renales y en una serie de tumores productores de eritropoyetina.

El ferrocianuro de potasio convierte el hierro ferroso de la Hb en hierro ferroso, formandose de éta manera la metahemoglobina, la cual al convinarse con el cianuro de potasio se transforma en cianometahemoglobina; ,èste compuesto, esa bastante estable y fotocolorimétricamente puede ser medida su concentración, cuando se le compara con una curva standard previamente elaborada.

CÁLCULOS

La concentración de hemoglobina en la muestra se calcula a partir de la fórmula:

Con Patrón: A Muestra X C Patrón = C Muestra A Patrón Sin Patrón: A Muestra x 37,5 = CMuestra

Valores de referencia.
Hombres 12.5 a 17.5 g/dl
Mujeres 11.5 a 15.5 g/dl

Las personas que viven en lugares de altitud superior a los 1000 m muestran valores significativamente mas elevados.

En mujeres sanas embarazadas se encuentran generalmente valores mas bajos de Hb.

Interferencias:

• La bilirrubina no interfiere.
• La lipemia puede originar resultados falsamente elevados, debidos a la turbidez.
• Otros medicamentos y sustancias pueden interferir.
• Hemoglobina glicolizada o HbA1c

Colageno

El colágeno es una molécula proteica que forma fibras, las fibras colágenas.
Estas se encuentran en todos los organismos pluricelulares.

Son secretadas por las células del tejido conjuntivo como los fibroblastos, así como por otros tipos celulares.

Es el componente más abundante de la piel y de los huesos, cubriendo un 25% de la masa total de proteínas en los mamíferos.

Características físico-químicas

Las fibras colágenas son flexibles, pero ofrecen gran resistencia a la tracción. El punto de ruptura de las fibras colágenas de los tendones humanos se alcanza con una fuerza de varios cientos de kilogramos por centímetro cuadrado.

A esta tensión solamente se han alargado un pequeño porcentaje de su longitud original.

Cuando el colágeno se desnaturaliza por ebullición y se deja enfriar, manteniéndolo en una solución acuosa, se convierte en una sustancia bien conocida, la gelatina.

Síntesis del colágeno

El colágeno se origina por una proteína precursora (monómero) llamada tropocolágeno que mide alrededor de 300 nanómetros de largo y 1,4 nm de diámetro.

El tropocolágeno está formado por tres cadenas polipeptídicas llamadas cadenas alfa (no hélices alfa).

Cada cadena α está constituida por un polipéptido, formado por una repetición en tándem de tres aminoácidos siendo muy ricas en prolina o hidroxiprolina y glicina, las cuales son fundamentales en la formación de la superhélice.

La hidroxiprolina constituye alrededor de un 10 a 12 % de todos los resíduos aminoacídicos del colágeno, dependiendo dicho porcentage del tipo de colágeno. La forma química más abundante de la hidroxiprolina que forma parte del colágeno es la 4-trans-OH-L-prolina.
Cada cadena tiene un peso molecular de alrededor de 100.000 Da.

Gracias a su estructura anular rígida, la prolina estabiliza la conformación helicoidal en cada una de sus cadenas α; La glicina, sin embargo, se sitúa ocupando un lugar cada tres residuos localizándose a lo largo de la región central, debido sin duda a su pequeño tamaño, y favoreciendo al denso empaquetamiento de las tres cadenas α, de configuración levógira, necesario para la formación de la superhélice de colágeno.

Las tres cadenas se enrollan y se fijan mediante enlaces transversales para formar una triple hélice dextrógira con una distancia entre las vueltas de 8,6 nanómetros.

La triple hélice se mantiene unida entre si debido a puentes de hidrógeno, que no afectan a todas las tres cadenas, sino aproximadamente a 2/3 de cada cadena alfa. Además, los tropocolágenos se unen entre si por medio de enlaces entre algunos aminoácidos, llamados "crosslinkings".

Además poseen unos pocos aminoacidos llamados lisinas, las cuales sufren transformaciones catalizadas por la enzima lisina oxidasa, la cual actua sobre los residuos N, transformándolos en grupos aldehidos, por lo que la lisina pasa a llamarse alisina, que es capaz de formar uniones covalentes con otras alisinas para consolidar las fibrillas de colageno.

Formación del colágeno

Cada una de las cadenas polipeptídicas es sintetizada por los ribosomas unidos a la membrana del retículo endoplásmico y luego son traslocadas al lumen del mismo en forma de grandes precursores (procadenas α), presentando aminoácidos adicionales en los extremos amino y carboxilo terminales.

En el retículo endoplásmico los residuos de prolina y lisina son hidroxilados para luego algunos ser glucosilados en el aparato de Golgi, parece ser que estas hidroxilaciones son útiles para la formación de puentes de hidrógeno intercatenarios que ayudan a la estabilidad de la superhélice.

Tras su secreción, los propéptidos de las moléculas de procolágeno son degradados mediante proteasas convirtiéndolas en moléculas de tropocolágeno asociándose en el espacio extracelular formando las fibrillas de colágeno.

La formación de fibrillas está dirigida, en parte, por la tendencia de las moléculas de procolágeno a autoensamblarse mediante enlaces covalentes entre los residuos de lisina, formando un empaquetamiento escalonado y periódico de las moléculas de colágeno individuales en la fibrilla.

Función

Las fibras de colágeno forman estructuras que resisten las fuerzas de tracción. Su diámetro en los diferentes tejidos es muy variable y su organización también; en la piel de los mamíferos están organizadas como cestos de mimbre, lo que permite la oposición a las tracciones ejercidas desde múltiples direcciones.

En los tendones lo están en haces paralelos que se alinean a lo largo del eje principal de tracción.
En el tejido óseo adulto y en la córnea se disponen en láminas delgadas y superpuestas, paralelas entre sí, mientras las fibras forman ángulo recto con las de las capas adyacentes.

Las células interactúan con la matriz extracelular tanto mecánica como químicamente, lo que produce notables efectos sobre la arquitectura tisular. Así, distintas fuerzas actúan sobre las fibrillas de colágeno que se han secretado, ejerciendo tracciones y desplazamientos sobre ellas, lo que provoca su compactación y su estiramiento.

Tipos de colágeno

El colágeno en lugar de ser una proteína única, se considera una familia de moléculas estrechamente relacionadas pero genéticamente distintas. Se describen varios tipos de colágeno:

* Colágeno tipo I: Se encuentra abundantemente en la dermis, el hueso, el tendón y la córnea. Se presenta en fibrillas estriadas de 20 a 100 nm de diámetro, agrupándose para formar fibras colágenas mayores. Sus subunidades mayores están constituidas por cadenas alfa de dos tipos, que difieren ligeramente en su composición de aminoácidos y en su secuencia. A uno de los cuales se designa como cadena alfa1 y al otro, cadena alfa2.
Es sintetizado por fibroblastos, condroblastos y osteoblastos. Su función principal es la de resistencia al estiramiento.

* Colágeno tipo II: Se encuentra sobre todo en el cartílago, pero también se presenta en la córnea embrionaria y en la notocorda, en el núcleo pulposo y en el humor vítreo del ojo. En el cartílago forma fibrillas finas de 10 a 20 nanómetros, pero en otros microambientes puede formar fibrillas más grandes, indistinguibles morfológicamente del colágeno tipo I.
Están constituidas por tres cadenas alfa2 de un único tipo. Es sintetizado por el condroblasto. Su función principal es la resistencia a la presión intermitente.

* Colágeno tipo III: Abunda en el tejido conjuntivo laxo, en las paredes de los vasos sanguíneos, la dermis de la piel y el estroma de varias glándulas. Parece un constituyente importante de las fibras de 50 nanómetros que se han llamado tradicionalmente fibras reticulares. Está constituido por una clase única de cadena alfa3. Es sintetizado por las células del músculo liso, fibroblastos, glía. Su función es la de sostén de los órganos expandibles.

* Colágeno tipo IV: Es el colágeno que forma la lámina basal que subyace a los epitelios. Es un colágeno que no se polimeriza en fibrillas, sino que forma un fieltro de moléculas orientadas al azar, asociadas a proteoglicanos y con las proteínas estructurales laminina y fibronectina.
Es sintetizado por las células epiteliales y endoteliales. Su función principal es la de sostén y filtración.

* Colágeno tipo V: Presente en la mayoría del tejido intersticial. Se asocia con el tipo I.

* Colágeno tipo VI: Presente en la mayoría del tejido intersticial. Sirve de anclaje de las células en su entorno. Se asocia con el tipo I.

* Colágeno tipo VII: Se encuentra en la lámina basal.
* Colágeno tipo VIII: Presente en algunas células endoteliales.
* Colágeno tipo IX: Se encuentra en el cartílago articular maduro. Interactúa con el tipo II.
* Colágeno tipo X: Presente en cartílago hipertrófico y mineralizado.

* Colágeno tipo XI: Se encuentra en el cartílago. Interactúa con los tipos II y IX.

* Colágeno tipo XII: Presente en tejidos sometidos a altas tensiones, como los tendones y ligamentos. Interactúa con los tipos I y III.

* Colágeno tipo XIII: Es ampliamente encontrado como una proteína asociada a la membrana celular. Interactúa con los tipos I y III.

Inmunoglobulinas

Inmunoglobulina G
Una vez que la IgG hace un primer contacto con el antígeno, se sintetiza más lentamente.

Inmunoglobulina M
Son los que más rápidamente se forman en respuesta a un estímulo antigénico.
Es neutralizante, precipitante, aglutinante, de fijar complemento, activar la respuesta inmune.
Ejerce su acción normalmente en los espacios intravasculares.
Representa del 5 al 10%
Se encuentra en la superficie de los linfocitos B como inmunoglobulina de membrana.

Inmunoglobulina A
Tiene capacidad neutralizante y precipitante.
La propiedad más importante viene determinada por su capacidad de unirse por el extremo Fc a la pieza secretora.
Ejerce su acción más importante en la superficie de las mucosas y líquidos biológicos (líq. Cefaloraquideo, lágrima, saliva, secreción bronquial.

Esta acción es de suma importancia ya que protege los puntos más vulnerables.
Esta inmunoglobulina se encuentra en la leche materna y así se transfiere de la madre al lactante.

Inmunoglobulina D
Tiene muy baja concentración.
No se conoce cuales son sus funciones específicas.
Se piensa que colabora de forma importante en la activación de linfocitos B al actuar como receptor en la superficie de los linfocitos B.

Inmunoglobulina E
Se presenta en grandes cantidades en muchas personas alérgicas.
Puede existir una predisposición de tipo familiar a padecer enfermedades de naturaleza alérgica.
La vida media de la IgE en sangre periférica es de 24 a 48 horas.

Se encuentra en forma libre en la sangre y sus niveles cambian a lo largo de la edad.
También se encuentra en otros líquidos biológicos, unida a basófilos y células cebadas, gracias a la propiedad que tiene a unirse por su extremo Fc a receptores de superficies presentes en dichas células.

La sobreproducción de las inmunoglobulinas
Los trastornos que involucran a inmunoglobulinas, incluyen la producción elevada de clases especificas de inmunoglobulinas o incluso moléculas especificas de inmunoglobulinas.
Esto ultimo puede ocurrir cuando existen tumores clónales de células plasmáticas llamadas mielomas.
El mieloma múltiple es una condición neoplasma tica , es un tipo de cáncer en el que se presenta la multiplicación descontrolada de una multitud de células provenientes de una sola célula productora de anticuerpos.
La electroforesis del suero o orina revela por lo común el aumento notable de una inmunoglobulina en particular o de una cadena ligera especifica denominada BENCE JONES.

La disminución de la producción de inmunoglobulinas
La disminución pude estar restringida a una sola clase de molécula de inmunoglobulina (IgA o IgG) o puede estar restringida a la subproduccion de todas las clases de inmunoglobulinas (IgA ,IgD, IgG, IgE, IgM).
Una disminución drástica en la síntesis de clases de inmunoglobulinas ocasionada por una alteración genética, pude producir una enfermedad por inmunodeficiencia grave.

Agammaglobulemia
En la cual la producción de IgG esta afectada en forma muy marcada debido al deterioro de la defensa del cuerpo dirigida contra microorganismos.
IgG
El echo de que pude atravesar las membranas biológicas en determinadas circunstancias, puede tener consecuencias nefastas para el feto por que atraviesa la placenta, cuando la madre produce RH- produce anticuerpos anti RH+ contra el feto en la llamada enfermedad hemolítica del recién nacido.

IgE
La IgE posee la capacidad de unirse por su extremo Fc a los linfocitos y células cebadas. Cuando los mismos antígenos que indujeron su formación vuelven a entrar, se unen por extremo Fab, se produce cambios alexitéricos y se liberan grandes cantidades de histamina, serotonina, leucotrienos y otras substancias vaso activas que producen vasodilatación periférica o bronco constricción, esto puede acarrear la muerte del individuo por hipotensión e insuficiencia respiratoria.

Desnaturalización de Proteinas

La desnaturalización es un cambio estructural de las proteínas, donde pierde su estructura nativa, y de esta forma su óptimo funcionamiento y a veces también cambian sus propiedades físico-químicas.

Las proteínas se desnaturalizan cuando pierden su estructura tridimensional y así el característico plegamiento de su estructura.

es alterada por algún factor externo (por ejemplo, aplicándole calor, ácidos o álcalis), no es capaz de cumplir su función celular.


CÓMO LA DESNATURALIZACIÓN AFECTA A LOS DISTINTOS NIVELES

En la desnaturalización de la estructura cuaternaria, las subunidades de proteínas se separan o su posición espacial se corrompe.
La desnaturalización de la estructura terciaria implica la interrupción de:

• Enlaces covalentes entre las cadenas laterales de los aminoácidos (como los puentes disulfuros entre las cisteínas).
• Enlaces no covalentes dipolo-dipolo entre cadenas laterales polares de aminoácidos.
• Enlaces dipolo inducidos por fuerzas de Van Der Waals entre cadenas laterales no polares de aminoácidos.

En la desnaturalización de la estructura secundaria las proteínas pierden todos los patrones de repetición regulares como las hélices alfa y adoptan formas aleatorias.

La estructura primaria, la secuencia de aminoácidos ligados por enlaces peptídicos, no es interrumpida por la desnaturalización.

PÉRDIDA DE FUNCIÓN
La mayoría de las proteínas pierden su función biológica cuando están desnaturalizadas, por ejemplo, las enzimas pierden su actividad catalítica, porque los sustratos no pueden unirse más al centro activo, y porque los residuos del aminoácido implicados en la estabilización de los sustratos no están posicionados para hacerlo.

EJEMPLOS COMUNES
Cuando se cocina el alimento, algunas de sus proteínas se desnaturalizan. Esta es la razón por la cual los huevos hervidos llegan a ser duros y la carne cocinada llega a ser firme.
Un ejemplo clásico de desnaturalización de proteínas se da en la clara de los huevos, que son en gran parte albúminas en agua. En los huevos frescos, la clara es transparente y líquida; pero al cocinarse se torna opaca y blanca, formando una masa sólida intercomunicada.
Otro ejemplo es la nata, que se produce por calentamiento de la lactoalbúmina de la leche.

Efectos de la desnaturalización:

La desnaturalización provoca diversos efectos en la proteína:

1. cambios en las propiedades hidrodinámicas de la proteína: aumenta la viscosidad y disminuye el coeficiente de difusión

2. una drástica disminución de su solubilidad, ya que los residuos hidrofóbicos del interior aparecen en la superficie

3. pérdida de las propiedades biológicas

Existen diferentes agentes:

• Físicos
• Quimicos

Temperatura:
destruye las interacciones débiles y desorganiza la estructura de la proteína, de forma que el interior hidrofóbico interacciona con el medio acuoso y se produce la agregación y precipitación de la proteína desnaturalizada.

pH:Los iones H+ y OH- del agua provocan efectos parecidos, además de afectar a la envoltura acuosa de las proteínas también la carga eléctrica de los grupos ácidos y básicos de las cadenas laterales de los aminoácidos. Esta alteración de la carga superficial de las proteínas elimina las interacciones electrostáticas que estabilizan la estructura terciaria y a menudo provoca su precipitación. La solubilidad de una proteína es mínima en su punto isoeléctrico, ya que su carga neta es cero y desaparece cualquier fuerza de repulsión electrostática que pudiera dificultar la formación de agregados

Cuando el pH es bajo, los grupos ionizables están protonados, y la carga de la proteína es de signo positivo. Cuando el pH es alto, los grupos ionizables están desprotonados, y la carga es de signo negativo. Entre ambas zonas, habrá un pH en el cual la carga neta de la proteína es nula. Es el PH isoeléctrico o punto isoeléctrico, y es característico de cada proteína

Fuerza iónica:
Un aumento de la fuerza iónica del medio provoca una disminución en el grado de hidratación de los grupos iónicos superficiales de la proteína, ya que estos solutos compiten por el agua, rompen los puentes de hidrógeno o las interacciones electrostáticas, de forma que las moléculas proteicas se agregan y precipitan.

Metales pesados: los iones de algunos metales pesados, tales como el plomo (Pb ) y el mercurio ( Hg ), precipitan a las proteínas y, por lo tanto inactivan las enzimas. Normalmente, las enzimas están en suspensión dentro del citoplasma o unidas a una biomembrana. Si los iones de un metal pesado se combinan con una enzima en suspensión, la molécula proteica precipita, perdiendo su eficacia como enzima.

Actividad biológica de las proteínas:

Digestión: Descomposición química de los alimentos.
La saliva contiene mucina, que da textura y suaviza al bolo alimenticio.
También contiene la enzima amilasa salival, que digiere almidón y lo transforma en maltosa.
En las paredes del esófago existe glándulas que secretan mucina.

ESTÓMAGO
Sus paredes están tapizadas por millones de glándulas gástricas que secretan 400 - 800 ml de jugo gástrico en cada comida. Estas glándulas son de tres tipos:
Secretoras de mucus: secretan mucina.
Parietales: secretan ácido clorhídrico (HCl), lo que produce que el jugo gástrico tenga un pH muy ácido (pH = 1-2).

Estas células absorben de la sangre una gran cantidad de protones H+, mediante transporte activo (bomba de protones) alcanzando una concentración de H+ que es tres millones de veces superior a la concentración de H+ en la sangre. En este proceso se gasta una gran cantidad de energía, por esta razón, estas células se encuentran llenas de mitocondrias.

Las funciones del HCl en el jugo gástrico son:

a)Contribuye a matar las bacterias de los alimentos.
b)Desnaturalización de proteínas, lo que facilita su digestión.
c)Promueve la activación de la pepsina (única enzima secretada por el estómago)

HIGADO
Secreta la bilis que contiene sales biliares y pigmentos biliares (producto de la descomposición de la hemoglobina de los glóbulos rojos).
La sales biliares: son esteroides anfipáticos , esto les permite emulsionar las grasas y promover su degradación.
El esquéleto hidrofóbico se une a las grasas, mientras que la cabeza polar con carga negativa queda por fuera de la gota de grasa.
La repulsión de las cargas negativas hace que la gota se divida en varias gotas mas pequeñas, que se mezclan parcialmente con el H2O (emulsión).

INTESTINO GRUESO
Es donde se realiza la absorción de la mayoría del agua de los alimentos y de los jugos digestivos.

Enzimas

Desde el punto de vista medico las enzimas tienen un papel muy importante ya que nos permiten obtener energia de los alimentos que ingerimos a diario.

Ejemplos: Si ingerimos carbohidartos, la primeras enzimas que actuaran sobre ellos para poder digerirlos es la saliva como la ptialina.

Otras enzimas que estan presentas son la alfa-amilasa, la cual se encarga de digerir los enlaces que estan en el almidon.

Otras son las lipasas que se encargan de digerir a los trigliceridos.

Por otra parte existen otras enzimas que nos ayudan a obtener propiamente la energia de los alimentos atravez del metabolismo.

Todas las enzimas son catalizadores biológicos que son de naturaleza proteica. Algunas enzimas requieren un componente quimico adicional llamado co-factor, el co-factor pueden ser uno o varios iones inorganicos tales como el fierro, Magnesio, Manganeso o Zinc.

Cobre ---> Citocromo oxidasa
Fierro ---> Citocromo oxidasa, Catalasa y Peroxilasa
Potasio ---> Piruvato quinasa
Magenesio ---> Exoquinasa, Glucosa 6 - Fosfatasa y Piruvato-quinas.
Niquel ---> Ureasa

Clasificacion de enzimas

Existe una clasificación normalizada con 6 categorías principales dependiendo de la reacción que catalice la enzima. Cada enzima está clasificada mediante su número EC.

* * Oxirreductasas
Catalizan reacciones de oxidorreducción o redox. Precisan la colaboración de las coenzimas de oxidorreducción (NAD+, NADP+, FAD) que aceptan o ceden los electrones correspondientes; tras la acción catalítica, estas coenzimas quedan modificadas en su grado de oxidación, por lo que deben ser transformadas antes de volver a efectuar la reacción catalítica.
Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas.

* * Transferasas

Transfieren grupos activos (obtenidos de la ruptura de ciertas moléculas) a otras sustancias receptoras. Suelen actuar en procesos de interconversión de monosacáridos, aminoácidos, etc.

Ejemplos: transaminasas, quinasas.

* * Hidrolasas

Verifican reacciones de hidrólisis con la consiguiente obtención de monómeros a partir de polímeros. Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra hidrólisis se deriva de hidro 'agua' y lisis 'disolución'.

Ejemplos: glucosidasas, lipasas, esterasas.

* * Isomerasas

Actúan sobre determinadas moléculas obteniendo de ellas sus isómeros de función o de posición. Suelen actuar en procesos de interconversión.

Ejemplo: epimerasas (mutasa).

* * Liasas

Catalizan reacciones en las que se eliminan grupos (H2O, CO2 y NH3) para formar un doble enlace o añadirse a un doble enlace, capaces de catalizar la reducción en un sustrato. El sustrato es una molécula, la cual, se une al sitio activo de la enzima para la formación del complejo enzima-sustrato. El mismo, por acción de la enzima, es transformado en producto y es liberado del sitio activo, quedando libre para recibir otro sustrato.


Ejemplos: descarboxilasas, liasas.

* * Ligasas

Realizan la degradación o síntesis de los enlaces denominados "fuertes" mediante al acoplamiento a sustancias de alto valor energético (como el ATP).

Ejemplos: sintetasas, carboxilasas.

Cinética enzimática

La cinética enzimática estudia la velocidad de las reacciones químicas que son catalizadas por las enzimas. El estudio de la cinética de una enzima permite explicar los detalles de su mecanismo catalítico, su papel en el metabolismo, cómo es controlada su actividad en la célula y cómo puede ser inhibida su actividad por fármacos o venenos o potenciada por otro tipo de moléculas.

Las enzimas son proteínas (macromoléculas) con la capacidad de manipular otras moléculas, denominadas sustratos.

Un sustrato es capaz de unirse al centro catalítico de la enzima que lo reconozca y transformarse en un producto a lo largo de una serie de pasos denominados mecanismo enzimático.

Algunas enzimas pueden unir varios sustratos diferentes y/o liberar diversos productos, como es el caso de las proteasas al romper una proteína en dos polipéptidos.

En otros casos, se produce la unión simultánea de dos sustratos, como en el caso de la ADN polimerasa, que es capaz de incorporar un nucleótido (sustrato 1) a una hebra de ADN (sustrato 2). Aunque todos estos mecanismos suelen seguir una compleja serie de pasos, también suelen presentar una etapa limitante que determina la velocidad final de toda la reacción.

Esta etapa limitante puede consistir en una reacción química o en un cambio conformacional de la enzima o del sustrato.

El conocimiento adquirido acerca de la estructura de las enzimas ha sido de gran ayuda en la visualización e interpretación de los datos cinéticos.

Por ejemplo, la estructura puede sugerir cómo permanecen unidos sustrato y producto durante la catálisis, qué cambios conformacionales ocurren durante la reacción, o incluso el papel en particular de determinados residuos aminoácidos en el mecanismo catalítico. Algunas enzimas modifican su conformación significativamente durante la reacción, en cuyo caso, puede ser crucial saber la estructura molecular de la enzima con y sin sustrato unido (se suelen usar análogos que se unen pero no permiten llevar a cabo la reacción y mantienen a la enzima permanentemente en la conformación de sustrato unido).

Los mecanismos enzimáticos pueden ser divididos en mecanismo de único sustrato o mecanismo de múltiples sustratos.

Los estudios cinéticos llevados a cabo en enzimas que solo unen un sustrato, como la triosafosfato isomerasa, pretenden medir la afinidad con la que se une el sustrato y la velocidad con la que lo transforma en producto. Por otro lado, al estudiar una enzima que une varios sustratos, como la dihidrofolato reductasa, la cinética enzimática puede mostrar también el orden en el que se unen los sustratos y el orden en el que los productos son liberados.

Sin embargo, no todas las catálisis biológicas son llevadas a cabo por enzimas proteicas.

Existen moléculas catalíticas basadas en el ARN, como las ribozimas y los ribosomas, esenciales para el splicing alternativo y la traducción del ARNm, respectivamente. La principal diferencia entre las ribozimas y las enzimas radica en el limitado número de reacciones que pueden llevar a cabo las primeras, aunque sus mecanismos de reacción y sus cinéticas pueden ser estudiadas y clasificadas por los mismos métodos.

Ejemplos de Cinética enzimática:

En un laboratorio de han encontrado los siguientes resultados para poder caracterizar una reaccion catalizada enzimaticamente. Encuentra los valores de Km y Vmax para la reaccion.
[S] (M).....................Vo (M M/min)

2.5 x10-6 .........................28
4.0x10-6 ..........................40
1x10-5............................ 70
2x10-5............................ 95
4x10-5........................... 112
1x10-4........................... 128
2x10-3........................... 139
1x10-2.......................... 140


Pasos:

1.- Equilibra las 2 columnas ya que estan en unidades diferentes

2.- Ya que se transformen, vas a sacar la inversa de cada columna



3.- Se realiza la grafica donde el eje de las x=1/S y el eje de las y=1/Vo



4.- Se calcula la pendiente de la recta Donde en este problema aproximadamente m= 0.0715

5.- Se calcula la Ordenada al origen con ayuda de la grafica.

Que en este problema es aproximadamente 0.071

6.- Se sustituyen estos valores en la formula:

1/Vo = Km/ Vmax 1/s + 1/Vmax


Donde
Km/Vmax = m =0.0715
1/s= x
1/Vmax= Ordenada= 0.071

Por lo tanto la formula quedaria de la siguiente manera:

y=0.0715 x + 0.071

7.- Ahora con los datos anteriores hay que despejar y obtener Km y Vmax:

1/Vmax=0.071
Vmax=1/0.071
Vmax=14.08


Km/Vmax= 0.0715
Km= 0.0715 (Vmax)
Km= (0.0715)(14.08)=
Km= 1.006