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a c i m í u q o i B Editorial 12ª Ed. Manual CTO de Medicina y Cirugía NOTA La medicina es una ciencia sometida a un cambio constante. A medida que la investigación y la experiencia clínica amplían nuestros conocimientos, son necesarios cambios en los tratamientos y la farmacoterapia. Los editores de esta obra han contrastado sus resultados con fuentes consideradas de confianza, en un esfuerzo por proporcionar información completa y general, de acuerdo con los criterios aceptados en el momento de la publicación.
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2021 Diseño y maquetación: CTO Multimedia Ilustración de portada: José María Martínez Ávila Agradecimientos: Sergio Mata Redondo Composición e impresión: Cañizares Artes Gráficas C/ Albarracín, 34; 28037 Madrid Tfno.: (0034) 91 782 43 30 - Fax: (0034) 91 782 43 43 E-mail: soporte.multimedia@grupocto.com Página Web: www.grupocto.com ISBN obra completa: 978-84-18866-44-9 ISBN Bioquímica: 978-84-18866-37-1 Depósito legal: M-20063-2021 Editorial Autor Toni Miquel Cirer Cirer Director de la obra Fernando de Teresa Galván Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición Índice 01. El agua y las disoluciones. El pH........................................ 1 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9.
1.10. 04. Hemoglobina............................................................................................. 22 Introducción....................................................................................................... 1 Funciones del agua....................................................................................... 2 Estructura química........................................................................................ 2 Características físicas y químicas...................................................... 2 Propiedades coligativas.............................................................................
3 Fenómenos osmóticos............................................................................... 3 Medidas de concentración de una disolución.......................... 4 Concepto de ácido-base........................................................................... 4 Sistemas amortiguadores o tampón................................................ 4 Alteraciones del equilibrio ácido-base........................................... 5 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 05. Metabolismo.............................................................................................. 25 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.7. 5.8. 5.9. 02.
Membranas biológicas.................................................................... 8 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. Introducción....................................................................................................... 8 Composición química y estructura................................................... 8 Modelo del mosaico fluido...................................................................... 8 Funciones............................................................................................................. 8 Transporte a través de membrana....................................................
8 Metabolismo de la biosfera................................................................. 25 Concepto de oxidación-reducción................................................. 25 Ciclos energéticos...................................................................................... 25 Introducción al metabolismo.............................................................. 26 Metabolismo celular.................................................................................. 26 Metabolismo de los glúcidos.............................................................. 26 Metabolismo de los lípidos .................................................................
28 Metabolismo de las proteínas............................................................ 30 Ayuno................................................................................................................... 32 Bibliografía.................................................................................................................... 34 03. Química del cuerpo humano.............................................. 11 3.1. 3.2. 3.3. Transporte de gases en sangre......................................................... 22 Estructura y función de la hemoglobina.................................... 22 Curva disociación hemoglobina.......................................................
23 Tipos de hemoglobina.............................................................................. 24 Bioelementos................................................................................................. 11 Biomoléculas.................................................................................................. 11 Cuadro resumen.......................................................................................... 19 VI 01 El agua y las disoluciones. El pH Orientación MIR mitado por la membrana plasmática. Tiene un volumen aproximado de unos 28 L.
• Lo mas importante de este tema introductorio para el examen es conocer: • La composición corporal y sus compartimentos • El agua y sus propiedades fisicoquímicas • Los fenómenos osmóticos a través de las membranas biológicas • El equilibrio ácido-base en el organismo humano Compartimento del líquido extracelular: conjunto de líquidos del organismo que se encuentran en todos los espacios situados fuera de las células, quedando delimitado por la cara externa de la membrana plasmática. Su volumen aproximado es de unos 15 l, lo que equivale a cerca del 20% del peso corporal de un varón promedio. El compartimento del LEC incluye dos grandes subcompartimentos: - 1.1.
Introducción Liquido intersticial: el que existe en el espacio que hay entre las células del tejido y actúa como intermediario en el transporte de sustancias entre el plasma y el LIC. Supone, en total, unas tres cuartas partes del LEC (11.5 L). El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos. Constituye aproxi- - madamente entre el 65-70% del peso del cuerpo humano. Es la biomolécula Plasma: representa la cuarta parte del LEC (3.5 L, aproximadamente). Es la parte de la sangre que no contiene células. más abundante del mismo.
Las fuerzas de atracción de las moléculas de agua entre sí y la débil tendencia del agua a ionizarse tienen una importancia crucial para la estructura y función de las biomoléculas. La molécula de Células agua y sus productos de ionización (OH-, H+) influyen de manera profunda Líquido intracelular en la estructura, el autoensamblaje y las propiedades de los componentes Vaso sanguíneo El porcentaje de agua en los diferentes tejidos varía en función de su actividad metabólica, y en función de la edad. Así, un tejido con mayor activi- Espacio intercelular dad tendrá una proporción de agua mayor que un tejido viejo o con poca actividad. El 56-60% del peso del cuerpo humano adulto es líquido.
Las dos terceras Líquido intravascular o plasma Líquido intersticial Líquido extracelular celulares. Figura 1.1. Distribución del agua corporal partes del líquido corporal se localizan en el interior de las células, constituyendo el líquido intracelular (LIC), el resto se encuentra fuera de las células y representa el líquido extracelular (LEC). El LEC engloba al plasma y al Se debe recordar que entre el plasma y el líquido intersticial se man- líquido tisular o intersticial (LI).
Este líquido extracelular está en constante tiene un intercambio (equilibrio dinámico) constante a través de la movimiento en el organismo, es transportado rápidamente en la sangre pared de los capilares de los tejidos (muy permeable a casi todos los circulante (como plasma) e intercambiado después entre la sangre y los solutos del LEC salvo a las proteínas). Ambos subcompartimentos del líquidos tisulares o intersticiales de cada tejido. El plasma transporta los LEC tienen una composición muy similar, menos en el caso de las proteínas que están más concentradas en el plasma.
nutrientes que las células necesitan, recogiéndolos de los distintos siste• mas orgánicos para cederlos al LI a través de las paredes de los capilares Es preciso nombrar también otro pequeño compartimento de líquido tisulares. Las células toman parte de estos nutrientes desde el LI para su que se conoce como líquido transcelular, con un volumen total apro- correcto funcionamiento. El LI además asegura que el medio que rodea las ximado de 1 a 2 litros.
Comprende el líquido de los espacios sinovial, células posea las propiedades físicas que éstas necesitan y recibe los pro- peritoneal, pericárdico, pleural, intraocular, seminal y el líquido cefa- ductos de desecho celulares, cediéndolos posteriormente al plasma. Este lorraquídeo. Según algunos autores, se trataría de otro subcomparti- intercambio ocurre a través de la pared capilar, para que, por medio de la mento del LEC puesto que rodea externamente a las células. Como ya sangre, estos productos de desecho sean transportados a los sistemas fun- se ha indicado, la composición de los distintos subcompartimentos cionales del organismo encargados de expulsarlos al exterior.
del LEC es muy similar al encontrarse en un proceso de mezcla continuo. Sin embargo, en el caso del líquido transcelular esto no se cum- La distribución del agua en el cuerpo humano es la siguiente (Figura 1.1): ple: su composición es sensiblemente diferente a la del plasma o la Compartimento del líquido intracelular: formado por el compo- del líquido intersticial, motivo por el cual otros autores lo consideran nente líquido del citoplasma de todas y cada una de las células y deli- un compartimento al margen.
• 1 Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición Un exceso o un defecto de agua puede desencadenar situaciones patoló- Las moléculas de agua tienen una gran afinidad, e interaccionan entre si gicas, como la hiperhidratación y la deshidratación, respectivamente. mediante puentes de hidrógeno. Los puentes de hidrógeno son enlaces débiles, por tanto, fáciles de romper, hecho que provoca una inestabili- El agua presente en el cuerpo humano tiene dos procedencias: aporte exó- dad importante en las moléculas de agua, que continuamente se unen geno a través de la alimentación y producto endógeno de las reacciones y desenlazan. Por este motivo, el agua recibe el nombre de agrupación metabólicas.
oscilante. 1.2. Funciones del agua Recuerda ➔ Las moléculas de agua interaccionan entre si mediante puentes de hidrógeno. En el cuerpo humano, el agua desarrolla varias funciones y efectos: • Termorregulación: ayuda a mantener constante la temperatura del • Disolución: es considerada el disolvente universal para la mayoría de cuerpo. 1.4. Características físicas y químicas las sustancias, por lo que facilita las reacciones metabólicas. • • • Mantenimiento del pH: como sustancia ionizable puede contribuir al pH del medio.
La molécula de agua y sus uniones propias manifiestan las siguientes carac- Dispersión: actúa como el dispersante de todos los orgánulos celula- terísticas físicas y químicas: res; es el medio celular. • Transparencia. Transporte: es el vehículo necesario para el transporte de sustancias • Elevada temperatura de ebullición (100 ºC): se mantiene líquida en un amplio espectro de temperaturas (0-100 ºC). a través de las membranas celulares. • Lubricación: forma parte de los líquidos lubricantes: flujo vaginal, • Densidad máxima a 4 ºC (densidad = masa/volumen): la densidad del agua en estado líquido es superior a la del estado sólido (por eso saliva, jugo gástrico, etc.
el hielo flota en el agua). 1.3. Estructura química • Elevado calor específico: cantidad de energía necesaria para aumentar en 1 ºC la temperatura de 1 g de sustancia. Estabiliza la temperatura del organismo sin que éste se vea muy repercutido. El La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno unidos agua es un buen regulador térmico. • covalentemente (enlace fuerte) a un átomo de oxígeno. Alto calor de vaporización: cantidad de energía necesaria para que 1 g de sustancia pase de estado líquido a gaseoso.
El calor de vapori- Esta composición química está asociada a una representación espacial que zación del agua es elevado, por lo que se mantiene mayoritariamente hace que la molécula de agua se comporte como un dipolo eléctrico, a en estado líquido. Por ejemplo, refrigeración del organismo mediante pesar de ser eléctricamente neutra. Es decir, los electrones compartidos la sudoración entre el oxígeno y el hidrógeno son más atraídos por el átomo de oxígeno, • Elevada conductividad calorífera. lo que determina la aparición de una densidad parcial de carga negativa • Constante dieléctrica alta: es un buen disolvente. para el oxígeno y positiva para el hidrógeno (Figura 1.2).
• Disolvente de moléculas anfipáticas: las sustancias anfipáticas (ácidos grasos, fosfolípidos, etc.) tienen dos porciones diferenciadas: Como consecuencia, las moléculas de agua se orientan (pero no se des- una polar o hidrofílica (con afinidad por el agua) y otra apolar o hidro- plazan) si se someten a la acción de un campo eléctrico, de manera que el fóbica. El agua es capaz de establecer puentes de hidrógeno con la oxígeno queda orientado hacia el polo positivo (por tener una fracción de porción polar, quedando la porción apolar aislada en forma de bicapa carga negativa) y el hidrógeno hacia el negativo. o de micela (Figura 1.3).
Las moléculas anfipáticas constituyen la base de las membranas biológicas que rodean las células y forman las separaciones entre los compartimentos celulares. Estas bicapas están constituidas fundamentalmente por fosfolípidos que se empaquetan en paralelo con los grupos de cabeza hidrófilos hacia fuera, hacia las regiones acuosas. La adición de gotas de ácidos grasos (moléculas anfipáticas) en agua produce una reacción según la cual las moléculas se dispondrán formando estructuras esféricas, denominadas micelas. De esta forma, la zona hidró- Puentes de hidrógeno foba queda orientada hacia el interior, sin estar en contacto con el agua.
• Elevada tensión superficial: alta cohesión de moléculas de superficie, facilitando la mezcla y emulsión de grasas. • Electrolito débil: se comporta como una sustancia anfótera, es decir, puede actuar como ácido o como base. • Figura 1.2. Estructura dipolar de la molécula de agua Por el contrario, el agua no disuelve compuestos apolares (triglicéridos o esteres de colesterol), ya que no puede formar puentes de 2 01. El agua y las disoluciones. El pH. BQ hidrógeno con ellos.
Propiedad que pone de manifiesto la necesidad El término ósmosis se refiere al fenómeno por el que dos disoluciones sepa- de Lipoproteínas plasmáticas (HDL, VDL, LDL, etc.) para el transporte radas por una membrana semipermeable (que permite el paso de las molé- lipídico. culas de agua, pero no del soluto) tienden a igualar su concentración. Es el caso de las células. En ellas hay un obstáculo en la difusión de los solutos: Fosfolípido Bicapa Cabeza polar las membranas celulares, que actúan como membranas semipermeables. H2O Membrana permeable Cola no polar m 3m 2m Situación inicial H2O 2m Situación final Figura 1.4.
Difusión Debido a que las disoluciones intra y extracelulares también tienen tendencia a igualar sus concentraciones, se produce el fenómeno de ósmosis. La ósmosis consiste en la difusión espontánea de disolvente (H2O, en general) desde la disolución más diluida a la más concentrada con el objetivo de Micela igualar concentraciones de soluto a ambos lados de la membrana. Figura 1.3. Esquema de una bicapa y de una micela La ósmosis puede generar una diferencia de contenido en agua a los dos 1.5. Propiedades coligativas lados de la membrana (Figura 1.5). Un aumento de agua en el interior celular supone un incremento de la presión sobre la membrana: presión osmótica.
Estas propiedades del agua varían en función de la cantidad de solutos disueltos en ella. Las propiedades físicas explicadas más abajo se modifican Membrana semipermeable dependiendo de las características de los solutos disueltos. Las propiedades coligativas del agua se citan a continuación: • Presión de vapor: disminuye al aumentar la cantidad de soluto. La presión que provoca la vaporización de moléculas de agua es menor con la presencia de un soluto. • Punto de ebullición: crece al aumentar la cantidad de soluto (por ejemplo: si se añade sal al agua, la temperatura de ebullición será • superior a la del agua pura; por tanto, tardará más en hervir).
m Punto de congelación: aumenta al incrementarse la cantidad de Situación inicial soluto. Los solutos aumentan la temperatura de congelación (recuér- 3m 2m 2m Situación final Figura 1.5. Ósmosis dese que la temperatura de congelación es habitualmente negativa, y si aumenta, será más negativa, por lo que necesitará más frío para • que se produzca la congelación). Por esa razón, se añade sal a la nieve Esta es la presión necesaria para mantener una disolución en equilibrio cuando interesa fundirla. osmótico.
Esta propiedad coligativa depende de la concentración de solu- Presión osmótica: crece al aumentar la cantidad de soluto (este con- tos, tanto en el medio intracelular como en el extracelular. cepto se explica con detalle en el siguiente apartado). Si se tienen dos disoluciones separadas por una membrana semipermea- 1.6. Fenómenos osmóticos ble, la disolución más concentrada será la hipertónica y la diluida la hipotónica. Si su concentración es igual, serán isotónicas. Para que las células no queden alteradas, el medio extracelular debe ser isotónico.
La difusión es el movimiento espontáneo de partículas de soluto para distribuirse homogéneamente en toda la superficie de la disolución (Figura Se consideran a continuación algunos ejemplos: 1.4). La difusión es posible cuando dos disoluciones están separadas por • Hematíe en un medio hipotónico (agua destilada): el agua entra en una membrana permeable (permite el paso de soluto). El soluto se desplaza el interior del hematíe, produciéndose una hiperhidratación de este y hacia la disolución más diluida. una hemólisis (rotura de la membrana celular).
3 Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición • Hematíe en un medio hipertónico: el agua sale del hematíe, produ- Cuanto más alta sea la concentración de protones o hidrogeniones, [H+] en ciéndose una deshidratación que puede ocasionar plasmólisis. una solución, menor será el pH, de modo que un pH bajo corresponde a una solución ácida. Una concentración de protones o hidrogeniones, [H+], Recuerda baja debe ir acompañada de una concentración de hidroxilos [OH—] alta, de modo que un pH alto equivale a una solución básica. ➔ La Hematíe en medio hipotónico: • H2O entra en hematíe → Hiperhidratación del hematíe → Turgencia → Hemólisis.
➔ Hematíe en medio hipertónico: • H2O sale del hematíe → Deshidratación del hematíe → Plasmólisis. Una disolución acuosa es ácida cuando la concentración de hidrogeniones, [H+], supera a la de iones hidroxilos [OH—]. Un ácido es una sustancia que, al disolverse, libera H+, aumentando la acidez del medio. Por ejemplo, el H2CO3 es un ácido. H2CO3 → HCO3— + H+ 1.7. Medidas de concentración de una disolución Una disolución acuosa es básica cuando la concentración de OH— supera la de H+. Una base es una sustancia capaz de captar los H+ liberados por un ácido, disminuyendo la acidez del medio. Por ejemplo, el NH3 es una Una disolución es una mezcla homogénea de partículas de una sustancia base.
en el seno de otra sustancia. La que está en mayor cantidad es el disol- NH3 + H+ → NH4+ vente y la que está en menor cantidad, el soluto. La diferencia entre una disolución y una mezcla es que esta última es un En bioquímica, la mayoría de las sustancias ácidas y básicas son ácidos o sistema heterogéneo, de composición variable, formado por dos o más por- bases débiles, es decir, sólo se disocian parcialmente. ciones diferentes, separadas por superficies netas. En condiciones de normalidad, el agua pura está muy poco disociada; aun La concentración de una disolución se puede expresar de distintas formas: • Molaridad (M): número de moles de soluto/litro de disolución.
• Molalidad (m): número de moles de soluto/kilogramo de disolvente. • Normalidad (N): número de equivalentes-gramo de soluto/litro de • Fracción molar (X): número de moles de un componente de la diso- así, se considera una sustancia anfótera, ya que puede comportarse como un ácido débil o como una base débil. 1.9. Sistemas amortiguadores disolución. o tampón lución/número total de moles de todos los componentes de la disolución. El mantenimiento del pH es esencial para el correcto funcionamiento del Recuerda organismo. Recuerda ➔ Molalidad (m): número de moles de soluto existentes en 1 kg de disolvente. ➔ Normalidad (N): número de Eq de soluto existentes en 1 litro de disolución.
➔ Todas las proteínas tienen un rango de pH óptimo que suele coincidir con el pH fisiológico 7.35 – 7.45. 1.8. Concepto de ácido-base Rangos de pH por debajo de 7 o superiores a 7,8 pueden provocar la muerte La homeostasis es el mantenimiento de las variables del medio interno tos que potencialmente podrían modificar el pH fisiológico. Sin embargo, los estáticas o constantes en condiciones de equilibrio dinámico, a pesar de fluidos intracelulares y extracelulares de los organismos vivos contienen los cambios en el ambiente exterior. pares conjugados ácido-base que actúan como tampones al pH normal de del individuo.
Los ácidos o las bases resultantes del catabolismo de glúcidos, lípidos y de aminoácidos constituyen una gran cantidad de compues- dichos fluidos. pH = -log [H+] Los sistemas amortiguadores o tampón permiten la adición de ciertas canEn el mantenimiento de la homeostasis participan todos los tejidos y órga- tidades de ácidos o de bases sin alterar significativamente el pH. Son capa- nos del cuerpo. Uno de estos parámetros que debe permanecer constante ces de ceder H+ en situaciones donde el pH es básico y captarlos cuando es el pH. es ácido. En las disoluciones acuosas, el pH oscila entre 0 y 14.
Pero la mayoría de los Los principales sistemas amortiguadores fisiológicos del organismo son: líquidos corporales tienen unos valores de pH que se sitúan en un margen • Disoluciones fisiológicas amortiguadoras. de entre 6,5-8. El pH normal de la sangre humana es 7,4, y se conoce como • Ventilación pulmonar. pH fisiológico. • Filtración renal. 4 01. El agua y las disoluciones. El pH. BQ Disoluciones fisiológicas amortiguadoras Ventilación pulmonar Este tipo de disolución admite la adición de un ácido o una base, sin que se La respuesta del pulmón es muy rápida y eficaz en trastornos agudos del pH.
La respiración actúa en combinación con el sistema CO2-bicarbonato modifique apreciablemente el pH de la disolución. en la regulación del pH: A. Sistema CO2-bicarbonato (CO2/HCO3—) • Cuando el pH sanguíneo es ácido, aparece una respuesta de hiperven- Es el principal sistema amortiguador del plasma o medio extracelular. Su efi- • Si el pH es básico, forzar una hipoventilación tendría efecto compen- tilación como mecanismo para compensar. cacia es máxima cuando el pH oscila alrededor de 7,4. Actúa en combinación satorio.
con la respiración a través de los mecanismos que se explican a continuación: • Cuando el pH del torrente sanguíneo es ácido (concentración de H+ Los pulmones actúan como mecanismo compensatorio siempre que un elevada), el bicarbonato presente interviene combinándose con los trastorno respiratorio no haya sido la causa de la desviación del pH. protones, dando lugar a ácido carbónico. El ácido carbónico es condu- Filtración renal cido a través de la vía sanguínea hasta la circulación pulmonar, donde se disocia en CO2 y H2O. El CO2 se elimina durante el intercambio Los riñones, mediante los procesos de filtración, reabsorción y secreción, gaseoso (y el pH aumenta).
intervienen en el mantenimiento del pH. Son capaces de retener o eliminar ↑↑ H+ + HCO3— → H2CO3→ CO2 ↑ + H2O pH ↑ H+ y bicarbonato, según las necesidades del organismo. El aumento de la presión parcial de CO2 estimula unos quimiorrecep- En caso de pH ácido, se producen dos respuestas: tores específicos que desencadenan, por vía nerviosa, una respuesta • de hiperventilación. La hiperventilación permitirá eliminar el CO2 Eliminación de H+, principalmente en forma de ion amonio y fosfato dibásico: acumulado.
• HPO42—+ H+ → H2PO4— (fosfato dibásico) Cuando el pH del torrente sanguíneo es básico (concentración de H baja), se inicia un mecanismo de hipoventilación que provoca + NH3 + H+ → NH4+ (amonio) retención de CO2. El CO2 se combina con el agua, formando ácido carbónico. El ácido carbónico se disocia en bicarbonato y protones, El ion amonio y el fosfato dibásico acidifican la orina durante su eli- de forma que se consiga aumentar la concentración sanguínea de minación. protones y normalizar el pH. • ↑↑ CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3— + H+ ↑ Recuerda pH ↓ Retención de bicarbonato, evitando su excreción renal o sintetizándolo de nuevo, con el fin de neutralizar el pH. 1.10.
Alteraciones del equilibrio ácido-base ➔ El sistema CO2-bicarbonato (CO2/HCO3 ) es el principal sistema amortiguador del plasma sanguíneo. — La gasometría arterial es la prueba diagnóstica en las alteraciones del equi- B. Sistema del fosfato (H2PO4—/HPO42—) librio ácido-base. Esta prueba permite analizar los siguientes parámetros: • pH: valores normales entre 7.35-7.45. Es el principal sistema amortiguador intracelular. Su eficacia es máxima • PCO2: normal entre 35-45 mmHg. cuando el pH oscila entre 6 y 7. • PO2: valores normales en torno a 100 mmHg. • Concentración de bicarbonato: normal entre 22-26 mEq/l.
Existen H2PO4— HPO42— + H+ dos tipos de bicarbonato: - Bicarbonato estándar: el que tendría el paciente si su PCO2 fuese - Bicarbonato actual: concentración absoluta de bicarbonato. Dependiendo de si el pH intracelular sube o baja, la reacción fluye en un normal. sentido u otro. • C. Proteínas plasmáticas EB (exceso de bases): normal entre -2 y +2. Este parámetro es un indicador metabólico del trastorno del pH. El EB puede ser negativo por dos motivos: - Las proteínas plasmáticas se comportan como ácidos en disoluciones básicas y como bases en disoluciones ácidas. Esto es debido a que son molécu- El paciente tiene una acidosis de origen metabólico y ocurre consumo de bases para compensarla.
- las anfóteras y se ionizan de forma diferente en función del valor del pH del medio en el que se encuentren. De esta forma, contribuyen eficazmente al El paciente tiene una alcalosis de origen X (el que sea) y se da eliminación de bicarbonato como compensación metabólica. mantenimiento del pH del plasma. Las alteraciones del pH, acidosis y alcalosis pueden tener origen metabólico Por ejemplo, la hemoglobina o la albúmina son proteínas plasmáticas que o respiratorio. En la Tabla 1.1 aparecen reseñadas todas las alteraciones intervienen en la regulación del pH del plasma. que se explican a continuación.
5 Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición pH PCO2 [HCO3-] Valores normales 7,35-7,45 35-45 mmHg 22-26 mEq/l Acidosis metabólica ↓ ↓ ↓ Alcalosis metabólica ↑ ↑ ↑ Acidosis respiratoria aguda ↓ ↑ ←→ Alcalosis respiratoria aguda ↑ ↓ ←→ Sangre arterial • Tratamiento: consiste en la infusión al paciente de una disolución isotónica, ligeramente ácida, como por ejemplo suero fisiológico al 0.9% (pH aprox. 7). Acidosis respiratoria La acidosis respiratoria es una alteración del equilibrio ácido-base. A continuación, se explican las características de este trastorno: Tabla 1.1.
Alteraciones del equilibrio ácido-base • Gasometría: los parámetros que se obtienen en la prueba diagnóstica son los siguientes: Acidosis metabólica - pH bajo. - PCO2 elevada (causa). - La acidosis metabólica es una alteración del equilibrio ácido-base. A conti• Gasometría: los parámetros que se obtienen en la prueba diagnós- • • pH bajo. - PCO2 baja (compensación). - Concentración de HCO3 baja. - Enfermedades pulmonares que cursan con hipercapnia (EPOC). • Mecanismos de compensación: se diferencian según el órgano res- Acumulación de ácidos: cetoacidosis, debida a una excesiva ponsable del mecanismo. combustión de grasas como ocurre, por ejemplo, en la diabetes - Pulmonar: respuesta ausente.
mellitus, ayuno prolongado, etc.; acidosis láctica; intoxicación - Renal: reabsorción y síntesis de bicarbonato, y excreción de H+. • por salicilatos o metanol; fase terminal de la insuficiencia renal. Anion GAP elevado. - Hipoventilación: por depresión respiratoria (secundaria a fármacos sedantes, ACV). Etiología: la acidosis metabólica puede tener diferentes causas: - Etiología: la acidosis respiratoria puede tener diferentes causas: - tica son los siguientes: - Concentración de HCO3 normal/alta (compensación); la concentración de HCO3 aumenta para compensar la situación.
nuación, se explican las características de este trastorno: Tratamiento: consiste en intentar aumentar el volumen de ventilación o respiración pulmonar. Pérdida de bicarbonato: diarreas importantes, alteraciones Alcalosis respiratoria de la función renal, drenajes biliares o duodenales. Anion GAP normal. • Mecanismos de compensación: se diferencian según el órgano res- La acidosis respiratoria es una alteración del equilibrio ácido-base.
A conti- ponsable del mecanismo: nuación, se explican las características de este trastorno: - • Pulmonar: como el pH sanguíneo es ácido, la respuesta del pul- • tica son los siguientes: Renal: para compensar la acidez del pH de la sangre, en el riñón - -pH elevado. se producen eliminación de H+ (acidificación de la orina) y reab- - -PCO2 baja (causa). sorción y síntesis de bicarbonato. - Concentración de HCO3 normal/baja (compensación).
Tratamiento: consiste en la infusión de disoluciones isotónicas con • naturaleza ligeramente alcalina, como por ejemplo infusiones de • • Alcalosis metabólica • nuación, se explican los rasgos identificativos de este trastorno: • Hiperventilación secundaria a angustia, fiebre, hipoxemia (por ejemMecanismos de compensación: se diferencian según el órgano responsable del mecanismo: La alcalosis metabólica es una alteración del equilibrio ácido-base. A conti- • Etiología: la alcalosis respiratoria puede deberse a varias causas. plo, por TEP). bicarbonato. • Gasometría: los parámetros que se obtienen en la prueba diagnós- món es la hiperventilación. - Pulmonar: hipoventilación, en algunos casos.
- Renal: excreción de bicarbonato y retención de H+. Tratamiento: aumento del espacio no oxigenado de forma que el Gasometría: los parámetros que se obtienen en la prueba diagnós- paciente inspire el propio anhídrido carbónico que espira, con el consi- tica son los siguientes: guiente incremento de la concentración de este CO2 en el organismo. - pH alto. - PCO2 alta (compensación). Esto se consigue colocando una bolsa de plástico o papel que cubra las vías - Concentración de HCO3 alta. respiratorias externas y obligando, por tanto, al paciente a que respire aire Etiología: la alcalosis metabólica puede deberse a varias causas: - Pérdida de cloruros: vómitos, aspiración nasogástrica.
- Ingesta excesiva de antiácidos solubles (bicarbonato). - Hipocloremia e hipopotasemia. enriquecido en anhídrido carbónico. Anion GAP o Hueco aniónico (Figura 1.6) Mecanismos de compensación: se diferencian según el órgano res- El Hueco aniónico o “Anion GAP” es la diferencia entre los cationes (Na+, ponsable del mecanismo: K+) y aniones (Cl-, HCO3 ) medidos en la sangre u otro líquido corporal. Sus - Pulmonar: como el pH sanguíneo es básico, la respuesta del valores normales o de referencia son 10 ± 2 mEq. pulmón es la hipoventilación.
- Renal: para compensar la alcalinidad del pH de la sangre, en el Sabiendo los valores de referencias de los distintos electrolitos plasmáti- riñón se da retención de H+ y eliminación de HCO3 . cos, y partiendo de la base que todo compartimento debe ser eléctrica- 6 01. El agua y las disoluciones. El pH. BQ mente neutro (número de cargas totales Recuerda AG positivas = número de cargas totales negativas), podemos obtener la siguiente fórmula: 1. Anion GAP = [Cationes plasmáticos] – HCO3- [Aniones plasmáticos]. 2. ➔ Las sustancias ácidas, al liberar H+ al medio, se convierten en aniones, A-.
Anion GAP = ( [Na+] + [K+] ) - ( [HCO3 ] Consecuentemente, el hueco aniónico nos permite clasificar las distintas + [Cl-] ). 3. El K+ se suele eliminar de los cálculos. 4. Anion GAP = ( [Na+] ) - ( [HCO3 ] + [Cl-] ). 5. Anion GAP = 140 - (25 + 105). 6. Anion GAP = 10 mEq (± 2 mEq). causas de acidosis metabólica: Na+ Anion GAP elevado: acumulación/producción anómala de ácidos. • Por ejemplo, cetoacidosis, acidosis láctica; intoxicación por salicilatos o metanol; fase terminal de la insuficiencia renal. Cl- Anion GAP normal: pérdidas directas de bicarbonato.
Por ejemplo, • El Anion GAP se convierte en una medida diarreas importantes, alteraciones de la función renal, drenajes bilia- indirecta y/o aproximada de los ácidos no res o duodenales. identificados de la sangre. Por lo tanto, Preguntas MIR podríamos decir que el valor del Anion GAP se corresponde a la cantidad total de ácidos no titulados (no determinados en la GSA y/o Figura 1.6. Anion GAP AS) de la sangre. ➔ No hay preguntas MIR representativas Conceptos Clave ✔ El cuerpo humano es un 65-70% H20. ✔ El principal sistema tamponador extracelular (o plasmático) es el sistema CO2-bicarbonato. También colaboran las proteínas plasmáticas.
✔ El cuerpo humano esta dividido en dos grandes compartimentos: el LIC y el LEC. A su vez, el LEC se encuentra constituido por el líquidos inters- ✔ El principal sistema tamponador intracelular son los fosfatos. También ticial y el líquido intravascular. colaboran las proteínas citoplasmáticas. ✔ Las moléculas de H20 interaccionan entre ellas mediante puentes de ✔ Las alteraciones del equilibrio ácido-base son acidosis metabólica, aci- hidrógeno. dosis respiratoria, alcalosis metabólica y la alcalosis respiratoria.
✔ Las propiedades coligativas del H20 son la presión osmótica, punto de ✔ El Anion GAP es una medida indirecta y/o aproximada de los ácidos no ebullición, punto de congelación y la presión de vapor. identificados de la sangre ✔ Las membranas celulares actúan como membranas semipermeables, ✔ El Anion GAP nos permite clasificar las distintas causas de acidosis me- produciéndose fenómenos osmóticos a través de ellas. tabólica: - ✔ El mantenimiento del pH fisiológico (7,35 – 7,45) es clave para el correcto funcionamiento del organismo Anion GAP elevado: acumulación/producción anómala de ácidos. Por ejemplo, cetoacidosis, acidosis láctica, etc.
- ✔ Las disoluciones con capacidad reguladora del pH se denominan tampones Anion GAP normal: pérdidas directas de bicarbonato. Por ejemplo, diarreas importantes, alteraciones de la función renal, etc. Recursos de la asignatura 7 02 Membranas biológicas Orientación MIR • Lo más importante de este tema para el examen es conocer: • Composición química de las membranas celulares. Modelo del “Mosaico fluido”. • Ser capaz de elaborar una clasificación de los fenómenos de transporte a través de las membranas biológicas. • Ser capaz de poner ejemplos de estos mismos. - Integrales: atraviesan completamente la membrana. - Periféricas: unidas débilmente a la superficie de la membrana.
Glúcidos: son poco liposolubles y se sitúan, en general, en la zona exterior. No se encuentran libres, sino unidos a lípidos o a proteínas. Glúcido 2.1. Introducción La primera función de cualquier membrana biológica es la de constituirse en frontera separadora de diferentes compartimentos. Las membranas celulares o plasmáticas, de extraordinaria importancia para las células, delimitan y separan el contenido intracelular del entorno extracelular, permitiendo la condición vital. Proteína periférica Proteína integral Fosfolípido Las membranas intracelulares (nuclear, mitocondrial, etc.) contribuyen a la Figura 2.1.
Modelo de mosaico fluido compartimentación de los espacios celulares y, gracias a ello, a la especialización de los diferentes orgánulos en funciones concretas. Por ejemplo, las 2.4. Funciones mitocondrias, que ejercen como central energética de la célula. 2.2. Composición química Las membranas biológicas desarrollan en la célula las siguientes especia- y estructura lizaciones: Lípidos, proteínas y glúcidos (éstos en menor proporción) son los componen- • Difusión pasiva: moléculas liposolubles, gases (O2, CO2, NO2). tes mayoritarios de cualquier membrana biológica.
Como consecuencia de • Actividad enzimática: tanto la membrana celular como la membrana • Transporte activo: sustancias poco liposolubles o de alto peso molecular. Intervienen las numerosas proteínas de membrana. su composición, la membrana ejerce de barrera semipermeable, permitiendo de orgánulos subcelulares contienen entre sus proteínas numerosas en especial el paso de sustancias liposolubles, debido a su elevada propor- enzimas que actúan en muchas rutas metabólicas. ción lipídica. Por esta razón dificultan el paso de sustancias hidrofílicas. • La membrana celular es una estructura destinada a proteger la célula y a • Comunicación intercelular y Reconocimiento. Glicocálix – Glucolípidos.
Por ejemplo, grupo sanguíneo ABO. desarrollar muchas otras funciones celulares. Integración de señales: mediante receptores celulares, capaces de unirse a moléculas (por ejemplo, hormonas) y de transmitir una señal al interior celular que estimulará un cambio metabólico. 2.3. Modelo del “Mosaico Fluido” 2.5. Transporte a través de membrana Para explicar la estructura de las membranas biológicas, se acude a este modelo teórico (Figura 2.1) que determina que la membrana está formada El transporte a través de una membrana biológica se produce por tres por: mecanismos diferentes: • Lípidos: fosfolípidos (mayoritarios), glucolípidos y colesterol. La • Transporte activo.
mayoría son anfipáticos y se disponen formando una bicapa. • Transporte pasivo. • Proteínas: se clasifican en dos tipos: • Endocitosis / Pinocitosis / Exocitosis. 8 02. Membranas biológicas. BQ Transporte activo A. Tipos de transporte pasivo Entre sus características comunes, pueden incluirse las siguientes: Se consideran transporte pasivo los siguientes procesos: • No se produce espontáneamente, por tanto, consume energía (ATP). • • El movimiento de las partículas es contra gradiente de concentración. • Requiere la presencia de un transportador proteico específico que sea • asimétrico (debe permitir el paso de la sustancia en un solo sentido).
• • • • Por ejemplo, gases a través de las membranas. • Difusión facilitada: tipo particular de difusión que precisa un transportador en la membrana celular, aunque no consume energía. Se lador. transportan sustancias como glucosa y la mayoría de los aminoácidos. Es imprescindible para mantener las concentraciones iónicas intrace- El transportador suele ser proteico y específico para cada sustancia. lulares constantes. Es un transporte exclusivo de seres vivos. Por ejemplo, transportador Es exclusivo de seres vivos. GLUT-1 presente en la membrana de los eritrocitos. B. Factores que influyen en la difusión Bomba de Na+/K+: un cotransporte de tipo antiporte (entra K+ y sale Na+).
La difusión está facilitada o dificultada según varios factores que se citan Transporte activo de glucosa al interior de los enterocitos: la glu- a continuación: cosa entra junto con el sodio, ambos a favor de gradiente (Figura • 2.2). El transporte es activo porque el Na+ que ha entrado saldrá de la Liposolubilidad de los solutos: a mayor liposolubilidad, mayor difusión. célula a través de la bomba de Na /K . Por ejemplo, cotransportador • Tamaño de los poros de la membrana. Na+/glucosa (SGLT-1). • Tamaño y peso molecular del soluto: son inversamente proporcio- • Carga eléctrica: las moléculas con carga eléctrica (Na+, Cl—, K+, etc.) + • Ósmosis: movimiento del disolvente (H2O).
Tiende a desigualar las concentraciones, es un transportador acumu- Entre los procesos considerados de transporte activo están: • Difusión pasiva: movimiento libre de solutos altamente liposolubles. + Transporte activo de aminoácidos al interior de los enterocitos nales a la facilidad de difusión. durante la absorción intestinal: los aminoácidos entran a los ente- difunden dependiendo de su concentración y de la diferencia de rocitos mediante un mecanismo de antiporte con sodio. Luz intestinal potencial a través de la membrana. Por ejemplo, un catión tenderá Enterocito a moverse hacia un potencial negativo.
Así pues, el transporte de un ion es dependiente del gradiente de concentración y del gradiente eléctrico. El resultado es el gradiente electroquímico. • Glucosa Na+ • Glucosa Viscosidad del disolvente: una viscosidad alta dificulta la difusión. Temperatura: a mayor temperatura, mayor energía cinética de las partículas y mayor capacidad de difusión. Na+ Na+ K+ Endocitosis ATP Es la entrada de sustancias de forma masiva al interior celular por invaK+ ginación de la membrana. Por ejemplo, receptor LDL y endocitosis de la Na+ lipoproteína LDL. Figura 2.2.
Transporte activo de glucosa Pinocitosis Transporte pasivo La pinocitosis es un tipo de endocitosis que consiste en la captación de Caracterizado por varios modelos de movimiento de partículas a través de material líquido del espacio extracelular por invaginación de la membrana una membrana, que presentan los siguientes rasgos comunes: citoplasmática eucariota. • Se producen espontáneamente, o lo que es lo mismo, no consumen Exocitosis energía. • • No son exclusivos de los seres humanos, también tienen lugar en sistemas inanimados.
La exocitosis es el proceso mediante el cual se secretan diferentes tipos El movimiento de las partículas es a favor del gradiente de concentra- de moléculas contenidas en una vesícula citoplasmática de una célula al ción, es decir, desde el punto donde la sustancia que se intercambia espacio extracelular. Es el procedimiento inverso a la endocitosis. está más concentrada hacia donde lo está menos. • Preguntas MIR Son transportes equilibradores, ya que tienden a igualar las concentraciones del interior/exterior celular. ➔ No hay preguntas MIR representativas 9 Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición Conceptos Clave ✔ Las membranas celulares actúan como membranas semipermeables.
✔ Los glúcidos, aunque en menor proporción, constituyen un elemento fundamental para la comunicación intercelular. Por ejemplo, Glicocálix. ✔ Están constituidas (de mayor a menor proporción) por lípidos, proteínas y glúcidos. ✔ El transporte a través de una membrana biológica se produce por tres mecanismos diferentes: ✔ El modelo de mosaico fluido es la explicación más aceptada en cuanto - a estructura y funcionamiento de las membranas celulares. Transporte activo. Contragradiente, consume ATP. Siempre participan proteínas. ✔ Los lípidos de membrana se corresponden a fosfolípidos, esfingolípidos - y colesterol. Transporte pasivo. A favor de gradiente, no consume ATP.
Pueden participar o no proteínas. ✔ Las proteínas de membrana constituyen un elemento clave en el fun- cionamiento y las propiedades biológicas de las misma. Por ejemplo, Receptores de membrana, canales iónicos, transportadores, bomba de Na+/K+. Recursos de la asignatura 10 Endocitosis/ Pinocitosis / Exocitosis. 03 Química del cuerpo humano Orientación MIR les de las proteínas. Los aminoácidos se caracterizan por tener un grupo amino (-NH2) y un grupo ácido (-COOH). Existen 20 aminoácidos diferentes que se combinan para constituir proteínas, uniéndose entre sí mediante Tema poco preguntado como tal en el MIR, pero de conocimientos transversales aplicables a otras asignaturas.
Lo más importante de este tema para el examen es conocer: • Clasificación de las biomoléculas orgánicas: Glúcidos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y vitaminas. • Clasificación de los glúcidos en función del número de residuos: monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. • Estructuras de las proteínas. Desnaturalización proteica. • Clasificación de los lípidos en función de su polaridad. • Clasificación de las lipoproteínas. • Clasificación de las vitaminas en hidrosolubles y liposolubles. enlaces covalentes (fuertes) denominados enlaces peptídicos. La unión de dos o más aminoácidos constituye un péptido. A.
Clasificación Las proteínas pueden ser clasificadas conforme a diferentes criterios: • Según el número de aminoácidos: la cantidad de aminoácidos de la proteína determina varios tipos: 3.1. Bioelementos • - Oligopéptidos: menos de 30 aminoácidos. - Polipéptidos: entre 30 y 100 aminoácidos. - Proteínas: más de 100 aminoácidos. Presencia de grupos prostéticos: dependiendo de si contienen, además de aminoácidos, los denominados grupos prostéticos (glúci- Todos los seres vivos comparten el hecho de estar constituidos por deter- dos, lípidos, metales, etc.), que contribuyen a la actividad funcional; se minados elementos químicos.
Así pues, se definen los elementos biogéni- diferencian los siguientes tipos de proteínas: cos o bioelementos como aquellos que forman parte de los seres vivos. - Holoproteínas: contienen aminoácidos solamente. Dependiendo de la proporción en la que están presentes, se les denomina: - Heteroproteínas: incluyen otras biomoléculas como grupos • Elementos primarios: constituyen el 99,3% de la masa del cuerpo prostéticos. Por ejemplo, Glucoproteínas, Lipoproteínas etc. • humano. Son imprescindibles para la síntesis de glúcidos, lípidos, pro• • Síntesis biológica de aminoácidos: en función de si el organismo teínas y ácidos nucleicos. Estos elementos son: C, H, O y N.
humano puede sintetizarlos o no. Elementos secundarios: representan el 0,7% de la masa del cuerpo Los aminoácidos esenciales no son sintetizados y deben obtenerse humano. Estos son: S, P, Cl, Na, K, Ca, Fe y Mg. a través de la dieta. Una dieta tiene un alto valor biológico cuando Elementos microconstituyentes: se hallan en proporciones ínfimas. muestra un elevado contenido en aminoácidos esenciales. Los ami- Presentan variaciones entre los distintos seres vivos, pero cuando están, noácidos no esenciales pueden ser sintetizados por el organismo. su presencia es imprescindible. Son, entre otros: I, Mn, Cu, Co, Zn, F, Se. B.
Funciones Los elementos secundarios y los microconstituyentes son considerados oligoelementos, que son elementos imprescindibles, aunque en pequeñas Las proteínas desarrollan las siguientes especializaciones: cantidades. • 3.2. Biomoléculas • • Contráctil: actina, miosina, troponina. Los bioelementos se combinan entre sí mediante enlaces, e integran las • Protectora: anticuerpos (Ig), proteínas que intervienen en la hemostasis • Transportadora: a través de las membranas celulares o por la sangre Estructural: forman parte de las estructuras biológicas: membranas celulares, cartílagos y huesos (colágeno), uñas y cabello (queratina). químicas.
biomoléculas o principios inmediatos, que pueden clasificarse en los tipos sanguínea (fibrinógeno, plasminógeno, factores de la coagulación, etc.). que se citan a continuación: • Orgánicos: proteínas, glúcidos, lípidos, ácidos nucleicos y vitaminas. • Inorgánicos: agua, sales minerales inorgánicas y gases (NO, CO2, O2). Catalítica: las enzimas son proteínas que aceleran las reacciones (albúmina, lipoproteínas, hemoglobina, etc.). Proteínas • De reserva: ferritina (reserva de Fe celular). • Hormonal: algunas hormonas son de naturaleza proteica (insulina, • De receptor: proteínas situadas en las membranas celulares que actúan hormona paratiroidea, glucagón).
Las proteínas son macromoléculas que contienen los elementos biogénicos como receptores de hormonas, factores de crecimiento, fármacos. C, H, O, N, S y P. Estos elementos se agrupan conformando los aminoácidos • (aa), también denominados a-aminoácidos, son los componentes esencia- Toxina: proteínas sintetizadas por algunas bacterias (difteria, tétanos, Vibrio cholerae). 11 Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición C. Estructura p.mir La desnaturalización de las proteínas consiste en la rotura de los enlaces intermoleculares de las proteínas que configuran la estructura secundaria, Las proteínas pueden adoptar varios niveles de estructura: • • terciaria, y, si se da el caso, cuaternaria.
Como consecuencia, éstas vuelven Primaria: es la secuencia (orden y tipos) de aminoácidos que cons- a su estructura primaria (secuencia de aminoácidos) y pierden su función. tituye el esqueleto covalente. Viene determinada por la información Hay diferentes causas de desnaturalización: aumento de la temperatura, genética contenida en el ADN. Por ejemplo, Ser-Ala-Glu-Gln. variaciones de pH, etc. Secundaria: ordenamiento espacial de los aminoácidos próximos D. Péptidos de importancia biológica entre sí.
Los puentes de hidrógeno son los enlaces que estabilizan mayormente esta estructura, que puede ser de dos tipos: - Lámina plegada b: dos o más dominios de la proteína se sitúan Algunos péptidos de importancia para el organismo son la vasopresina, la formando un zigzag en sentido paralelo o antiparalelo (por ejem- oxitocina, la MSH, la ACTH, la hemoglobina, las encefalinas y el glutatión. plo, la fibrina). - Enzimas Hélice a: la cadena se enrolla alrededor de un cilindro imaginario (por ejemplo, la queratina). • Terciaria: hace referencia al ordenamiento espacial de aminoácidos Las enzimas son proteínas que actúan como catalizadores de diversas alejados entre sí.
Hace referencia a la disposición general de la pro- reacciones químicas, es decir, aceleran las reacciones que tienen lugar en teína (Conformación). Estos plegamientos requieren diferentes tipos el organismo. Las enzimas disminuyen la energía de activación o energía de enlaces (mencionados más abajo). Existen dos tipos de estructura necesaria para que se produzca una reacción. Una enzima proporciona un terciaria: ambiente específico, el centro activo, donde una reacción puede transcurrir - Estructura fibrosa: las proteínas que adoptan esta estructura a mayor velocidad. Las enzimas alteran velocidades de reacción, pero no se denominan fibrosas.
Suelen tener las siguientes caracte- modifican equilibrios de reacción. rísticas: › Son muy resistentes. Entre las características de las enzimas, pueden citarse las siguientes: › Son insolubles en agua. • Catalizadores de reacciones biológicas: aumentan su velocidad. › Tienen función estructural. • Elevada especificidad: se unen de forma específica a un sustrato o juntivo. • Unión del ligando: se une al centro activo de la enzima. Estructura globulosa: las proteínas que adoptan esta estruc- • Existencia de cofactores: algunas enzimas requieren un cofactor ligando. El colágeno es una proteína fibrosa. Es la base del tejido con- tura se denominan globulosas.
Se caracterizan por: para ser funcionales. Es posible diferenciar dos tipos de cofactores: › Ser solubles en agua. - Inorgánicos: Fe2+, Mn2+, Zn2+. › Tener funciones dinámicas: enzimática, de transporte, hor- - Orgánicos: proceden de vitaminas. Por ejemplo, NAD+, FAD+, también denominados coenzimas. monal. • Son proteínas globulosas la mayoría de las enzimas, los anticuerpos, la albúmina, la hemoglobina, etc. (Figura 3.1). • Termolabilidad: factores como el pH y la temperatura afectan a la velocidad de la reacción. Cuaternaria: define la relación entre las diferentes cadenas de una E. Tipos de reacciones proteína polimérica (formada por más de una subunidad). Por ejemplo, Hemoglobina.
Las reacciones bioquímicas pueden agruparse desde un punto de vista energético en dos grandes tipos: • Exergónicas: desprenden energía. Los productos (C y D) son menos energéticos que los sustratos (A y B). Son espontáneas y pueden producirse a velocidad lenta: A+B • C + D + energía Endergónicas: necesitan aporte de energía para desarrollarse. En este caso, los productos son más energéticos que los sustratos. Requieren mecanismos que las impulsen. En el organismo, el enlace más habitualmente utilizado como depósito de energía libre es el del ATP. La rotura por hidrólisis de este enlace libera en condiciones estándar 7,3 kcal/mol, y esta energía puede ser utilizada por el organismo.
Las células realizan trabajo constantemente. Precisan energía para mantener sus estructuras altamente organizadas, sintetizar los Figura 3.1. Estructura de la hemoglobina componentes celulares, generar corrientes eléctricas, así como para muchos otros procesos. Estas transformaciones de energía biológicas Las estructuras terciaria y cuaternaria son posibles gracias al estableci- obedecen las leyes de la termodinámica: miento de diferentes tipos de enlaces: puentes de azufre (enlace cova- A + B + energía lente), interacciones electrostáticas, puentes de hidrógeno, etc. 12 C+D 03. Química del cuerpo humano. BQ F. Especificidad y clasificación enzimática G.
Factores que afectan a la actividad enzimática La funcionalidad de las enzimas, como proteínas que son, y de los procesos La especificidad de las enzimas radica en el llamado centro activo, región que llevan cabo depende de determinadas condiciones, como las que se de la enzima que contacta con el sustrato. La especificidad varía bastante explican a continuación: de unas enzimas a otras; algunas son específicas para una determinada • Temperatura: su incremento produce una mayor movilidad y energía cinética de las moléculas; por tanto, aumenta la velocidad de reac- reacción, mientras que otras pueden catalizar varias. ción.
Un incremento excesivo provoca que las enzimas se desnaturaSegún el tipo de reacciones que catalizan, las enzimas se clasifican licen y que la velocidad de reacción decrezca rápidamente. • en: • Oxidorreductasas: catalizan reacciones de oxidorreducción o redox. determinado valor de pH. Variaciones en este pH pueden implicar des- Precisan la colaboración de las coenzimas de oxidorreducción (NAD, naturalización. FAD, NADP) . Ejemplos: deshidrogenasas, peroxidasas. • Recuerda 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.
➔ Es importante que sepas el rango de pH fisiológico (7,35-7,45). Ejemplos: transaminasas. • Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis (ruptura de enlaces • mediante la incorporacion del H2O). Actúan en la digestión de los alimentos, previamente a otras fases de su degradación. La palabra • Concentración de enzima: a mayor concentración de enzima, mayor velocidad de reacción. hidrólisis se deriva de hidro → ‘agua’ y lisis → ‘disolución’. Ejemplos: • pH: cada enzima muestra una velocidad de reacción máxima a un • Concentración de sustrato: a mayor concentración de sustrato, glucosidasas, lipasas, proteasas mayor velocidad de reacción.
Cuando la concentración de sustrato Liasas: catalizan reacciones en las que se eliminan o añaden dobles es tal que se produce saturación de la enzima, la reacción no puede enlaces. Ejemplos: liasas. crecer más (Figura 3.2). Isomerasas: actúan sobre determinadas moléculas obteniendo o (Saturación enzimática) cambiando de ellas sus isómeros funcionales o de posición, es decir, catalizan cambios de posición de un grupo en determinada molécula obteniendo formas isoméricas. Suelen actuar en procesos de inter- Velocidad de reacción conversión. Ejemplo: epimerasas.
• Ligasas: catalizan la degradación o síntesis de los enlaces denomi- Inhibición competitiva nados “fuertes” mediante el acoplamiento a moléculas de alto valor energético como el ATP. Ejemplos: sintetasas, carboxilasas En función de su procedencia, las enzimas son diferenciadas en dos Inhibición no competitiva tipos: • Proenzimas: enzimas sintetizadas en forma inactiva. La forma activa se consigue mediante la rotura de algunos enlaces covalentes entre algunos aminoácidos. Concentración de sustrato El pepsinógeno es una proenzima secretada por el estómago que, en presencia de ácido clorhídrico, se activa transformándose en Figura 3.2. Cinética enzimática e inhibición reversible pepsina.
• Esta enzima hidroliza los péptidos contenidos en el bolo alimenticio. Inhibición enzimática: esta inhibición puede ser de dos tipos: - Las enzimas pancreáticas también se secretan en forma de proen- la enzima, alterando su actividad de forma irreversible. La reac- También los factores de coagulación tienen este efecto de activa- ción no podrá volver a realizarse hasta que se sinteticen nuevas enzimas. Por ejemplo, AAS. ción en cascada. • Irreversible: el inhibidor enzimático bloquea el centro activo de zimas.
- Isoenzimas: son enzimas diferentes (desde el punto de vista químico, Reversible: en esta inhibición se conocen dos mecanismos físico e inmunológico) que catalizan reacciones químicas iguales, diferentes (Figura 3.3): pero en distintos tejidos. Son reacciones reversibles y, por tanto, cada › Competitiva: el inhibidor compite con el sustrato para isoenzima puede tener mayor o menor afinidad por el sustrato o por unirse al centro activo de la enzima. el producto, en función del sentido de la reacción. Esto disminuye la afinidad por el sustrato, pero no la velo- Pueden proceder de un mismo gen y ser modificadas postraducción, cidad máxima de la reacción.
Si crece la concentración de sustrato, se restituye la cinética normal de la reacción. o provenir de genes distintos. Son importantes en el diagnóstico clínico de ciertas patologías, ya que › No competitiva: el inhibidor se une a un punto situado su distribución específica en determinados tejidos permite diagnosti- fuera del centro activo, modificando reversiblemente la car el daño de estos cuando parecen en sangre. Tal es el caso del LDH estructura terciaria y bloqueando la acción catalítica, lo (lactato deshidrogenasa) y de la CK (creatinquinasa), ampliamente uti- que provoca la disminución de la velocidad de la reacción, lizadas en el diagnóstico del infarto de miocardio.
ya que baja la dotación de enzimas activas. 13 Manual CTO de Medicina y Cirugía, 12.ª edición En este caso, no se aminora la afinidad entre la enzima y Según su grupo funcional, los monosacáridos se clasifican en: el sustrato. Para que se restituya la cinética normal de la • Aldosas: tienen un grupo aldehído (grupo -CHO) en el extremo de la • Cetosas: tienen un grupo cetónico (grupo -C=O) en el interior de la reacción, el inhibidor debe dejar de actuar. Sustrato Inhibidor cadena. cadena. Sustrato Según los átomos de carbono que tienen, se diferencian las triosas (3C), tetrosas (4C), pentosas (5C) o hexosas (6C).
Propiedades químicas ENZIMA ENZIMA Los grupos funcionales aldehído y cetónico hacen que los monosacáridos sean muy reductores, es…