Bioenergética y catabolismo de combustibles biológicos Flashcards
Explicar los procesos bioenergéticos y el catabolismo de combustibles del organismo humano mediante el contexto clínico e interpretación de los estudios de laboratorio pertinentes para llevar a cabo el diagnóstico y tratamiento de sus alteraciones más frecuentes o ilustrativas, en un marco de respeto, honestidad y humanismo.
Concepto general sobre Bioenergética
Estudio de los cambios de energía que acompañan a reacciones bioquímicas. Los sistemas biológicos son sistemas abiertos isotérmicos, y usan energía química para impulsar procesos vivos.
Concepto de energía
Propiedad de
un sistema que le permite realizar un trabajo
Tipos de energía
Energía eléctrica, eólica, luminosa, calorífica, cinética, mecánica, hidráulica, etc.
Primera ley de la termodinámica
La energía del universo es constante (sufre transformaciones)
Interconversión de tipos de energía, ejemplificando
Energía eólica en energía eléctrica
Conceptos de caloría y kilocaloría y su equivalencia en joules y kilojoules
La caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua pura de 14.5 a 15.5 °C a la presión de 1 atmósfera.
1 cal = 4.18 J
1 J = 0.24 cal
Ejercicios numéricos que relacionen la cantidad de calor administrado a masas de agua y el incremento de temperatura producido:
¿Qué aumento de temperatura se produce en una masa
de agua de 25 kg si se le aplican 100 kcal en forma de calor?
Con base en la definición de la caloría, puede decirse que por cada caloría que recibe un gramo de agua, aumenta su temperatura 1 °C, y por lo tanto, si un kg de agua recibe una kcal, también aumenta 1 °C, ya que 1 kg es 1000 veces 1 g y una kcal es 1000 calorías. Por lo tanto, si 25 kg de agua reciben 100
kcal, cada kg recibe 4 kcal y por lo tanto el aumento de temperatura es de 4 °C.
Conceptos de trabajo y trabajo biológico
Todo proceso que ocurre en
la célula o en un organismo vivo y que requiere
energía para llevarse a cabo
Tipos de trabajo biológico, ejemplificando cada uno
Trabajo osmótico (de concentración): transporte activo a través de la membrana celular
Trabajo químico: anabolismo y catabolismo en las células
Trabajo mecánico: desplazamiento mediante flagelos móviles
Componentes químicos del ATP (adenosina trifosfato)
3 componentes fundamentales: una base nitrogenada (adenina), un azúcar (ribosa) y fosfatos. La combinación de adenina con ribosa forma un nucleósido denominado adenosina.
Reacción de hidrólisis del ATP con producción de ADP y con producción de AMP, carácter termodinámico
La hidrólisis de ATP separa un fosfato y produce ADP. La reacción es exergónica, es decir libera energía (-12kcal/mol)
Reacciones endotérmicas y exotérmicas
Una reacción endotérmica absorbe calor, las reacciones exotérmicas liberan calor
Reacciones endergónicas y exergónicas
Las reacciones endergónicas absorben energía, mientras que las reacciones exergónicas liberan energía
Concepto de energía libre de Gibbs
Energía necesaria para que ocurra el trabajo biológico
Valor de la diferencia de energía de Gibbs para la hidrólisis de ATP en condiciones fisiológicas y en condiciones estándar
Dif. G = G2 - G1
G1 = energía de los reactivos
2 = energía de los productos
-12 kcal/mol en condiciones fisiológicas (el signo negativo indica que es energía liberada)
Procesos espontáneos y no espontáneos
Las reacciones exergónicas también se consideran procesos espontáneos mientras que las reacciones endergónicas se consideran no espontáneas
Formas adicionales al ATP para el aporte de energía a procesos endergónicos
GTP (guanosín trifosfato)
UTP (uridina trifosfato)
Conceptos de oxidación y reducción, ejemplificando cada uno
Oxidación: aumento de oxígeno o pérdida de hidrógeno
(combustión de carbono: se le añaden oxígenos al carbono produciendo CO2)
Reducción: aumento de hidrógeno o pérdida de oxígeno
Oxidación gradual de hidrocarburos hasta dióxido de carbono
La oxidación gradual de un hidrocarburo es una reacción exergónica exotérmica en la cual también se produce agua y CO2
Concepto de combustión, ejemplificando
Reacción química en presencia de oxígeno con una consecuente liberación de CO2, H2O, energía y calor. Ej: Combustión de un combustible de carbono (como la madera) para la liberación de energía y calor
Ejemplos de reacciones de óxido-reducción
Síntesis de ATP (reducción), hidrólisis de ATP (oxidación)
Agentes oxidantes y reductores
Agente oxidante: elemento que se reduce por la oxidación de otro
Agente reductor: molécula que se oxida para reducir a otra
Diferenciación entre oxidación y combustión
La oxidación de una molécula libera energía mediante el aumento de oxígeno o liberación de hidrógeno, mientras que la reducción absorbe energía mediante el aumento de H o liberación de O
Concepto de combustible en general
Componente caracterizado por su alta capacidad de combustión mediante la cual libera energía, calor, CO2 y agua
Concepto de combustible biológico
Sustancias para la combustión metabólica dentro de un organismo vivo (célula)
Listado de combustibles biológicos
Hidratos de carbono, proteínas, grasas y el alcohol
Cantidad de energía que libera la combustión de 1 g de cada uno de los combustibles biológicos
Hidratos de carbono y proteínas = 4 kcal/g
Alcohol = 7 kcal/g
Grasas = 9 kcal/g
Relación entre el contenido de hidrógeno de los combustibles biológicos y la energía que contienen
En compuestos formados por cadenas de carbono cada carbono tiene hidrógenos que se liberan en una reacción exergónica
El sol como fuente de la energía contenida en los combustibles biológicos
0.002 de la energía producida por la fusión de hidrógeno llegan a la tierra. Dicha energía es utilizada en la fotosíntesis para la formación de combustibles biológicos (hidratos de carbono), fuente de energía para los seres vivos
Fusión de hidrógeno y su importancia para los seres vivos
La fusión de hidrógeno (presente en el sol) es la mayor reacción exergónica cuya energía es aprovechable por organismos fotosintéticos para la formación de combustibles biológicos
Reacción global de la fotosíntesis y su carácter termodinámico
La reacción global de la fotosíntesis es una reacción de óxido-reducción de carácter endergónico en la que el dióxido de carbono se reduce con el hidrógeno del agua, mientras que ésta, al perder el hidrógeno, se oxida y libera oxígeno.
Fotosíntesis, proceso que capta la energía luminosa solar
La fotosíntesis ocurre en la mayoría de las plantas verdes
y en las cianobacterias (antes conocidas como algas azulverdes), y es un proceso en el que se transforma la energía luminosa en energía química (síntesis de glucosa)
Concepto de entropía
Estado o condición de la materia y de la energía que puede definirse como el grado de desorden de sus moléculas o la dispersión que éstas tienen. Resulta imposible retroceder de dicho estado, por eso se dice que es energía que no puede reutilizarse
Procesos que ocurren con aumento o disminución de entropía
El aumento del orden implica una reducción de entropía posible por la captación de materia y energía
Segunda ley de la termodinámica
Los procesos físicos y químicos ocurren en la dirección en que la entropía del Universo va en aumento
Concepto de balance energético
Relación entre el consumo de energía y el gasto energético de nuestro cuerpo.
Balance energético positivo y negativo, condiciones en que ocurren
Balance energético neutro: es el que gasta las mismas kilocalorías que se consumen.
Balance energético positivo: es cuando se come más de lo que se gasta. Balance energético negativo: gastamos más energía de la que consumimos.
Factores que influyen en la ingestión de calorías
La ingestión de calorías es influida por una variedad de factores, como la edad, el sexo, la
temperatura ambiental, el gasto energético, el estatus hormonal, la práctica de dietas, etc.
En ambos sexos el máximo consumo de calorías se observa en la segunda década de la vida
y luego empieza a descender. En todas las edades el hombre consume más calorías que la
mujer, en carbohidratos, grasa y proteínas
Concepto de tasa metabólica en reposo
Cantidad de energía necesaria para mantener la temperatura corporal, para la reparación de los órganos internos, el soporte para la actividad cardiaca, mantener los gradientes iónicos y el soporte para la respiración. Representa aproximadamente 2/3 del gasto energético total.
Reacciones catalizadas por enzimas oxido-reductasas
Ej. oxidación del etanol por deshidrogensas
Cofactores NAD+ y FAD
La nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) se compone de dos nucleótidos, adenina y nicotinamida, conectados a través de sus grupos fosfato. El flavín adenín dinucleótido y el NAD se encuentran en todas las células vivas, donde su papel es el de transferir electrones, como en la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico.
Vitaminas que forman parte de los cofactores NAD+ y FAD
FAD - riboflavina (B2)
NAD - niacinamida
Formas oxidadas de los cofactores NAD+ y FAD
NADH + H+
FADH2
Función general de los cofactores NAD+ y FAD en la transducción energética
Su función es captar los hidrógenos deprendidos en el catabolismo de los diferentes combustibles, y llevarlos a la cadena respiratoria, donde se utilizan como energía para la síntesis de ATP
Vía glucolítica aeróbica
En ausencia de oxígeno, los componentes de cadena respiratoria se saturan impidiendo la vía glucolítica aerobia y activando la vía anaerobia en la que se produce ácido láctico además de poco ATP
Diferencias entre la glucólisis anaeróbica y la aeróbica
G. anaeróbica: menor producción de ATP, no usa O2, producción de ácido láctico a partir de los residuos reducidos del piruvato
G. aeróbica: mayor producción de energía por mol de combustible, uso de O2, el piruvato se transfroma completamente en H2O y CO2
Lanzaderas de NADH, concepto e importancia Acetil CoA y metabolismo aeróbico
Las lanzaderas representan un tipo de simportador para el transporte de NADH a través de la MMI. La lanzadera del glicerol-3-fosfato transfiere los electrones del NADH desde el citoplasma directamente hacia la cedena respiratoria, la malato-aspartato los lleva a la matriz mitocondrial.
Acetil CoA, estructura
Estructura del acetil-CoA. La coenzima A es un nucleótido de adenina que contiene una molécula de ácido pantoténico y finaliza en un
grupo tiol. El grupo acetilo está unido al grupo tiol con un enlace tioéster de alta energía.
Sustancias a partir de las cuales se produce acetil CoA
A partir de:
1) glucólisis de carbohidratos y fromación de piruvato
2) lipólisis de triacilgliceroles con la consecuente liberación y oxidación de ácidos grasos
3) Proteólisis de proteínas y la consecuente transdesaminación de aa´s
Reacción global de la transformación de piruvato en acetil CoA
Ácido pirúvico + NAD+ + CoA ———–> Acetil-CoA + NADH + H+ + CO2
Importancia de la acetil CoA en el metabolismo aeróbico
El acetil CoA activa la vía metabólica cíclica que produce altas cantidades de energía oxidando el acetilo en CO2 y H2O
Ciclo de Krebs
(Ciclo de los ácidos tricarboxílicos o del ácido cítrico) Vía localizada en la matriz mitocondrial que extrae oxidativamente electrones del acetil-coenzima A (acetil-CoA), produciendo la mayoría de las coenzimas reducidas que se emplean
en la generación de adenosina trifosfato (ATP) en la cadena de transporte electrónico. El ciclo de los ATC tiene dos funciones principales: la producción de energía y la biosíntesis
El ciclo de Krebs como la vía central del metabolismo energético
Emplea el acetil CoA obtenido del metabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas
Efecto de las siguientes sustancias sobre el ciclo de Krebs:
ATP, ADP, AMP, NAD+ y NADH
El ciclo de Krebs requiere de ADP/NAD+ para la producción de ATP/NADH por lo que altas cantidades de ATP/NADH (cantidades menores de ADP/NAD+) provocan la saturación e inactividad de las enzimas del ciclo
Causas específicas en que los tejidos pueden entrar en anaerobiosis
Afecciones que condicionen hipoxia, como asfixia, ataque asma
Efecto de la falta de oxígeno sobre el ciclo de Krebs
Aunque el ciclo de los ATC no emplea
oxígeno en ninguna de sus reacciones, requiere un metabolismo
oxidativo en la mitocondria para la reoxidación de las coenzimas
reducidas. A falta de oxígeno se inactiva la vía
Respuesta de los tejidos con metabolismo aeróbico ante la falta de oxígeno
Diferentes tejidos, capaces de iniciar metabolismo anaerobio, inician la producción de ATP y ácido láctico
Efecto de la anaerobiosis sobre la disponibilidad de energía
Reduce la producción de ATP
Manifestaciones clínicas y bioquímicas en pacientes con restricciones serias del metabolismo aeróbico
F/R
Participación de la triacilglicerol lipasa (lipasa sensible a hormonas) en la lipólisis
Lipasa activa en su forma fosforilada e
inactiva en su forma desfosforilada, cataboliza los triacilgliceroles en ácidos grasos y glicerol
Hormonas que activan la lipasa sensible a hormonas
El glucagon y la adrenalina tienen la capacidad de fosforilar a la lipasa sensible a hormonas para activarla e iniciar la lipólisis
Proceso de señalización intracelular iniciado por el glucagon y la epinefrina para la activación de la triacilglicerol lipasa
Estas hormonas actúan a través de un mecanismo en
que se produce AMPc para activar la proteína cinasa
A, que fosforila las enzimas lipolíticas y con ello las
activa.
Transporte en la sangre de los ácidos grasos liberados por el tejido adiposo
Los AG´s forman complejos con
la albúmina y así son transportados a los tejidos donde pueden ser utilizados.
Principales tejidos que utilizan ácidos grasos libres y tipos celulares que no utilizan dichos combustibles
UTILIZADORES DE ÁCIDOS GRASOS: Tejido muscular esquelético Tejido muscular cardiaco Tejido hepático NO UTILIZADORES DE ÁCIDOS GRASOS: Cerebro Eritrocitos Fibras musculares blancas Otros tejidos con pocas mitocondrias
Reacción de activación de los ácidos grasos
Los AG´s antes de ser oxidados son primeramente activados mediante su combinación con coenzima A, para formar los grupos acil CoA (ácido
graso CoA).
Incorporación de los ácidos grasos a las mitocondrias
Los grupos acil-carnitina se forman a partir de los grupos acil CoA por la enzima llamada CPTI (carnitina palmitoil
transferasa I). La MMI tiene una proteína traslocadora de los grupos acil carnitina, de manera que ingresan a la matriz mitocondrial. Ya en este espacio los grupos acil-carnitina vuelven a ser convertidos en grupos acil-CoA
para poder ser catabolizados.
β-oxidación
Es la vía metabólica que oxida ácidos grasos en las
mitocondrias y consiste en
la degradación de los ácidos grasos a acetil CoA.
Importancia de la utilización de la grasa en el ayuno largo
F/R
Importancia de la utilización de la grasa en el ayuno largo
Considerando la hipoglucemia como resultado del ayuno, la oxidación de AG´s resulta importante para la formación de cuerpos cetónicos a partir de los excesos de acil-CoA. Los cuerpos cetónicos son utilizados por tejidos como el cerebro y el corazón para la formación de acil-CoA viable para su integración en la producción de energía
Vía cetogénica
Vía metabólica que se activa exclusivamente en el hígado en condiciones de
carencia o insuficiente cantidad de insulina. Se produce acil-CoA y el escedente se convierte en cuerpos cetónicos
Nombres de los cuerpos cetónicos
Acetoacetato,
β-hidroxibutirato y acetona.
Tejido que produce los cuerpos cetónicos
Hígado
Condiciones en que se activa la producción de cuerpos cetónicos
Condiciones de ausencia de insulina, por ayuno largo, en px con diabetes mellitus tipo I
Importancia de los cuerpos cetónicos en el ayuno largo
Son liberados hacia el torrente sanguíneo y son fuente de energía para tejidos como cerebro, músculo y corazón en condiciones de hipoglucemia
Relación entre cetonemia y acidosis metabólica
Una sobreproducción de cuerpos cetónicos (ácidos) puede condicionar un estado de acidosis metabólica
Tejidos que utilizan cuerpos cetónicos
• Cerebro • Músculo esquelético • Músculo cardiaco • Corteza renal El cerebro llega a utilizar hasta el 80% de los cuerpos cetónicos durante el ayuno prolongado.
Etiología de la deficiencia de acil CoA deshidrogenasa de cadena media
Cuando el neonato es deficiente en
acil CoA deshidrogenasa de cadena media, no soporta el ayuno largo debido al bloqueo de la β-oxidación, proceso
en que interviene dicha enzima. Al no poder utilizar ácidos grasos eficientemente, ni producir cuerpos cetónicos, el
paciente extrema la utilización de glucosa, cayendo en hipoglucemia hipocetónica.
Manifestaciones clínicas y bioquímicas de la deficiencia de acil CoA deshidrogenasa de cadena media
Presencia hepática de productos tóxicos (affección hepática, gluconeogénesis inactiva) derivados de los ácidos grasos que no se pueden metabolizar, hipoglucemia hipocetónica, neuroglucopenia, letargo, vómitos, convulsiones y coma.
Diagnóstico y tratamiento de la deficiencia de acil CoA deshidrogenasa de cadena media
Dx: ribado neonatal, pruebas genéticas, signos clínicos (hipocetonemia en ayuno prolongado).
Tx: se basa en prevención de la hipoglucemia, alimentación frecuente para mantener la glucemia, evitar ayunos, uso de suplementos (carnitina para el metabolismo de AG´s)
Monosacáridos que estructuran la lactosa
Glucosa y galactosa
Origen de la galactosa necesaria para la síntesis de lactosa en las células epiteliales mamarias
En el
citosol de las CEM la UDP-galactosa se produce a partir de la UDP-glucosa por la enzima galactosa 4-epimerasa.
Efecto de la producción de lactosa en la glándula mamaria sobre la glucemia
La síntesis de lactosa disminuye la concentración sérica de glucosa
Concepto de glucemia y valores normales
Glucemia se entiende como el nivel en la cantidad de gluccosa disponible en la sangre (70-100 mg/dl)
Efectores hormonales para la secreción de insulina indicando el más importante
El aumento en los niveles sanguíneos de glucosa representa el principal estimulo secretagogo de insulina
Acción de la insulina sobre la glucemia
La insulina busca disminuir la glucemia
Acción del glucagon, la epinefrina y el cortisol sobre la glucemia
Aumentar la concentración sanguínea de glucosa
Patogenia de la cetoacidosis en el paciente con dieta BCAG (cetogénica)
El paciente con dieta BCAG hace uso de a oxidación de grasas para producir acil-CoA como medio para la producción de energía en condiciones de hipoglucemia. El acil CoA es convertido en cuerpos cetónicos (ácidos, responsables de la acidosis metabólica) que son liberados en la sangre para llegar a tejidos que harán uso de ellos
Tratamiento de la cetoacidosis en el paciente con dieta BCAG
Restauración de los niveles de glucosa para estimular la producción de insulina y la inactivación de la lipólisis y b-oxidación
Catabolismo del etanol como una función principalmente hepática
El etanol se oxida a ectil CoA en el hígado pues ahí se encuentran los sistemas enzimáticos necesarios (como la alcohol deshidrogenasa y la aldehído deshidrogenasa.
Oxidación del etanol a acetaldehído mediante alcohol deshidrogenasa
El etanol interactúa con la alcohol deshidrogenasa que lo oxida a acetaldehído. La enzima tiene el cofactor NAD+, al cual reduce (NADH)
Sistema para la oxidación de etanol (MEOS, p450) y su importancia en la oxidación del etanol a acetaldehido
El sistema MEOS (microsomal ethanol oxidation system)
o CyP2E1, es la principal isoforma del citocromo P450. Es
un sistema que oxida una variedad amplia de sustancias,
principalmente xenobióticos. Su acción sobre el etanol es
oxidativa, con producción de acetaldehído, reacción que
utiliza NADPH y O2
. Este sistema es relevante porque
es inducible por el consumo de cantidades importantes
de etanol. Su Km para el etanol es 8-10 mM, a diferencia
de la Km de la alcohol deshidrogenasa hepática, que es
0.2-2 mM. Libera altas cantidades de especies reactivas de oxígeno
Oxidación del etanol a acetaldehído mediante catalasa
El etanol es metabolizado a acetaldehído por la alcohol deshidrogenasa en la mucosa gástrica e hígado, y por el sistema microsomal dependiente de citocromo P-450 (más concretamente la enzima CYP2E1) y catalasa en el hígado.
Destino metabólico del acetaldehído en personas sanas
Normalmente se metaboliza
a acetato principalmente en las mitocondrias hepáticas por
catálisis de la enzima aldehído deshidrogenasa.
Destinos metabólicos del acetato producido en el hígado a partir de alcohol
El acetato producido a partir del acetaldehído en el hígado
tiene como principal destino pasar a la sangre y para ser
captado por otros tejidos, como el corazón, el músculo
esquelético y el cerebro, donde se convierte en acetil CoA.
También en el hígado ocurre esta reacción y la acetil CoA
puede usarse para producir grasa.
Significado de la relación NAD+ /NADH
Si el cociente NAD+/NADH es alto, se dice que se tiene disponibilidad de agente oxidante y se puede producir energía a través de piruvato y oxalacetato, en cambio, en presencia de un cociente NAD+/NADH bajo dichos compuestos se convierten en lactato y malato
Efecto del metabolismo de cantidades importantes de alcohol sobre la relación NAD+ /NADH
En presencia de una
relación NADH/NAD+ elevada asociada con el consumo
agudo de alcohol, el piruvato y el oxalacetato se reducen a lactato y malato, impidiendo la activación de la gluconeogénesis
Efecto del metabolismo del alcohol sobre la glucólisis, la producción de lactato, el ciclo de Krebs, la β-oxidación y la gluconeogénesis en el hígado
Efecto sobre: la glucólisis se inhibe; la producción de lactato se activa; el ciclo de Krebs se inactiva; la β-oxidación (causa de esteatosis hepática) y la gluconeogénesis se inactivan en el hígado
Acciones tóxicas del acetaldehído
Rubor, cefalea, náuseas,
vómitos, dolor de pecho, visión borrosa, transpiración,
disnea, confusión, debilidad y ansiedad, tquicardia
Sistema CYP2E1, funciones, importancia con relación al metabolismo del alcohol
Citocromo P450 (CYP2E1) La familia del CYP450 tiene como función principal el metabolismo de diferentes xenobióticos que ingresan al cuerpo, como medicamentos, drogas y alcohol; se divide en 44 subfamilias, de las cuales la IIE es la más importante en el metabolismo del alcohol.
Mecanismo de acción del disulfiram como fármaco que produce aversión contra el alcohol
El disulfiram es un inhibidor no competitivo de la aldehído deshidrogenasa y su presencia hace que
se acumule el acetaldehído después de ingerir alcohol. En estas condiciones el paciente experimenta diversos efectos indeseables, incluyendo ubor, cefalea, náuseas,
vómitos, dolor de pecho, visión borrosa, transpiración,
disnea, confusión, debilidad y ansiedad, lo cual puede disuadir al paciente de beber alcohol.
Concepto y caracterización de la inhibición no competitiva
En el caso de la inhibición no competitiva el inhibidor no tiene ninguna relación estructural con el sustrato, pero es capaz de reaccionar con algún grupo químico de la enzima fuera del sitio activo, con lo cual se altera la conformación de la enzima, perdiendo su actividad.
Metabolismo del metanol
El metanol es transformado en el hígado a formaldehído y éste en ácido fórmico mediante las enzimas que oxidan
normalmente al etanol, es decir, la alcohol deshidrogenasa y la aldehído deshidrogenasa, respectivamente.
Causa de la acidosis metabólica en la intoxicación por metanol
El metabolismo del ácido fórmico derivado del metanol se lleva a cabo por medio de un sistema enzimático que utiliza tetrahidrofolato, un proceso verdaderamente lento que conduce a la acumulación excesiva de ácido fórmico
Efectos clínicos de la intoxicación por metanol
Acidosis metabólica, daño visual, inhibición de la función mitocondrial con la respectiva producción de ácido láctico (efecto que agudiza la acidosis), cefalea, náuseas, vómito, dolor epigástrico, arrtimias, insuficiencia cardíaca, convulsiones, daño nervioso (parkinsonismo secundario).
Tratamiento de la intoxicación por metanol, incluyendo la acidosis metabólica, la restricción en el metabolismo del metanol y la hemodiálisis
Permeabilidad de vías aéreas, corrección hidroelectrolítica, infusión de bicarbonato (para tx de acidosis), infusión de etanol (competición para interactuar con la alcohol deshidrogenasa), FOMEPIZOL (inhibidor altamente competitivo de la alcohol deshidrogenasa), hemodiálisis para la extracción de metanol y ácido fórmico.
Localización de la cadena respiratoria
En la membrana mitocondrial interna
Estructura general de la cadena respiratoria
Formada por los complejos I, II, III y IV, además de incluir sustancias acarreadoras de electrones: ubiquinona (coenzima Q) y citocromo C
Estructura y función general de los complejos de la cadena respiratoria
La cadena respiratoria transporta los electrones que recibe a partir del NADH o del FADH2 a través de los complejos. Los electrones del NADH se transfieren a través de todos los componentes del complejo I, pasan luego al complejo III mediante la coenzima Q. Una vez que se transfieren a través de todos los componentes del complejo III, pasan
al citocromo c, que los lleva al complejo IV. Después de pasar por todos los componentes del complejo IV, pasan al oxígeno.
Participación del NADH y del FADH2 en la cadena respiratoria
Los cofactores reducidos NADH y FADH2 trasnfieren los electrones de los cuales se desprende la energía para el bombeo de hidrogeniones
Efecto del transporte electrónico sobre la translocación de protones
La energía obtenida del transporte electrónico activa en los complejos I, III y IV un mecanismo de translocación de hidrogeniones hacia el espacio intermembranal
Importancia del oxígeno en el funcionamiento de la cadena respiratoria
El oxígeno recibe los electrones una vez que han pasado por el complejo IV. En ausencia de oxígeno resulta imposible la liberación de electrones por lo cual se saturan los distintos complejos (se inactivan)
Función general de la cadena respiratoria
Generar un mayor gradiente electroquímico a través de la membrana mitocondrial interna por la translocación de hidrogeniones
Concepto de fosforilación oxidativa
Se denomina fosforilación oxidativa a la reacción
ADP + Pi —– ATP
reacción endergónica que utiliza la energía del gradiente
electroquímico de hidrogeniones formado a los lados de la membrana mitocondrial interna por el transporte de
electrones. El acoplamiento de la energía del gradiente de hidrogeniones a la producción de ATP es realizado por la ATP sintasa.
Localización y participación de la ATP sintasa en la síntesis de ATP
Se localiza en la membrana mitocondrial interna, utiliza el flujo por gradiente de los hidrogeniones para fosforilar una molécula de ADP en ATP.
Relación entre la fosforilación oxidativa y el transporte electrónico
La fosforilación oxidativa se activa por un alto gradiente electroquímico generado por el transporte de protones
Transducción de la energía desde los cofactores NADH y FADH2 hacia el ATP
La energía entregada por los cofactores NADH y FADH2 se utiliza para el transporte transmembranal de protones y el regreso de los protones a través de la ATP sintasa toma la energía para reducir el ADP.
Cantidad de ATP formado a partir de cada NADH y cada FADH2 que procesan la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa
NADH - 2.5 ATP
FADH2 - 1.5 ATP
Concepto de la relación P/O
La cantidad de ATP sintetizado por cada átomo de oxígeno consumido
Control respiratorio
Al aumentar la [ADP], aumentan la actividad de la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa. Cuando aumenta el consumo de oxígeno es porque se ha estimulado el transporte electrónico, pues éste proceso el
que utiliza oxígeno. La elevada [ADP] es una expresión
de demanda de energía, y eso es lo que explica que el ADP ejerza el control respiratorio. Es decir, no se lleva a cabo el transporte de electrones si no hay necesidad de energía.
Concepto general de fibromialgia
La fibromialgia es una patología que se caracteriza por dolor generalizado y fatiga crónicos. Los criterios establecidos para su diagnóstico incluyen dolor al tacto en al menos 11 de 18 sitios.
Manifestaciones clínicas de la miopatía mitocondrial
Como en las
fibromialgias, los pacientes con miopatías mitocondriales
presentan debilidad muscular, dolor, fatiga e intolerancia al
ejercicio, que empeora al paso del tiempo.
Diagnóstico de la miopatía mitocondrial
La secuenciación del genoma mitocondrial y de genes cromosómicos puede revelar polimorfismos relacionados con las deficiencias del
metabolismo energético mitocondrial.
Tratamiento de la miopatía mitocondrial
El tratamiento de la miopatía mitocondrial incluye coenzima Q10 (ubiquinona), cuyo papel fisiológico es el transporte de electrones entre los complejos I y III, y II y III de la cadena respiratoria. Se ha demostrado en varios estudios la coenzima Q mejora la función mitocondrial. La creatina ayuda a la producción de ATP, pues cuando es alta la [ATP] se forma creatina-fosfato a partir de creatina y ATP. Cuando existe déficit de éste, la creatina fosfato cede el fosfato al ADP y se produce ATP. La carnitina favorece el ingreso de ácidos grasos a las mitocondrias, el ácido fólico es cofactor de varias enzimas mitocondriales y el ácido lipoico es un potente antioxidante.
Concepto de la inhibición del transporte electrónico
Inactivación por interrupción del transporte de electrones en alguno de los complejos que conforman la cadena respiratoria
Inhibidores de sitios específicos de la cadena respiratoria
La inhibición del transporte de elctrones se presenta por acción de inhibidores específicos unidos a diferentes portadores de los distintos complejos de la cadena respiratoria
Efecto de la inhibición del transporte electrónico sobre la síntesis de ATP y el consumo de oxígeno
Al inhibirse la cadena respiratoria la demanda de oxígeno se ve reducida pues no se liberan electrones al final de la cadena respiratoria. De igual manera se inactiva la ATP sintasa reduciendo significativamente la concentración de adenosina trifosfato
Fuentes del monóxido de carbono (CO)
El CO procede de la combustión incompleta de combustibles carbonados (gas, gasolina, carbón vegetal, aceite, madera, entre otros). Casos de envenenamiento por CO por uso de calentadores, fogatas, uso de fuego en interiores durante el invierno.
Análisis de la curva de saturación de la hemoglobina
Es una gráfica que relaciona el % de saturación de la hemoglobina con oxígeno en función de la presión parcial de oxígeno (pO2). A menor saturación en un tejido, mayor liberación de oxígeno
(% liberación de oxígeno = 100 - % saturación;
el % de sat. está determinado por la pO2).
Efecto del monóxido de carbono sobre la hemoglobina
El CO interactúa con la hemoglobina formando carboxihemoglobina, cuya afinidad por el oxígeno aumenta condicionando menos liberación de oxígeno en los tejidos (hipoxia)
Factores que desplazan
la curva de saturación a la derecha (que aumentan el aporte de O2 a los tejidos)
Aumento de la acidez, de la pCO2, la [2, 3-bisfosfoglicerato] o la temperatura
Factores que desplazan
la curva de saturación a la izquierda (reduciendo el aporte de O2 a los diferentes tejidos)
El monóxido de carbono que condicona la formación de carboxihemoglobina y la oxidación de la hemoglobina (metahemoglobina, HbFe3+)
Manifestaciones clínicas, diagnóstico y tratamiento de la intoxicación con monóxido de carbono
Hipoxia por niveles altos de carboxihemoglobina. Las manifestaciones más tempranas del envenenamiento
son alta presión arterial, frecuencia cardiaca y frecuencia
respiratoria. Puede existir daño cerebral y las afecciones pueden ser permanentes. El tratamiento incluye la suplementación de oxígeno al 100%
Concepto de desacoplamiento de la fosforilación oxidativa
Un desacoplante interfiere con la ATP sintasa ocasionando la disipación en forma de calor de la energía requerida para la fosforilación del ADP
Agentes desacoplantes de la fosforilación oxidativa, incluyendo los que produce el organismo
Desacoplamiento por la proteína UCP-1 (termogenina) en el tejido adiposo pardo, desacoplamiento por exceso de bilirrubina (como en el kernicterus o encefalopatía hiperbilirrubinémica), aumento de hormonas tiroideas (HT3), 2, 4-dinitrofenol, aspirina (a altas dosis).
Efecto del desacoplamiento de la fosforilación oxidativa sobre la síntesis de ATP y el consumo de oxígeno
El desacoplamiento de la FO reduce la producción de ATP, condicionando altas concentraciones de ADP que a su vez activarán la cadena respiratoria aumentando el uso de oxígeno
Acción desacoplante del 2, 4-dinitrofenol
Actúa como ionófero disipando el gradiente electroquímico de H+ en las mitocondrias (fundamental para la función de la ATP sintasa)
Uso del 2, 4-dinitrofenol para reducción de peso corporal y razones para descontinuarlo
Desacopla la fosforilación oxidativa, aumentando el consumo de combustibles biológicos para satisfacer la baja cantidad de ATP. Activa la glucólisis y amplifica la termogénesis
Acción del 2, 4-dinitrofenol sobre el metabolismo
El resultado es el aumento significativo del metabolismo
basal, con activación de la glucólisis y amplificación de la
termogénesis, incluso a dosis bajas. La termogénesis
patológica lleva a la desnaturalización de las enzimas,
falla en las vías metabólicas, y eventualmente a necrosis
celular e insuficiencia multiorgánica.
Síntomas y signos de la sobredosis de 2, 4-dinitrofenol
Hipertermia, taquicardia, taquipnea y diaforesis, con
secreción de un sudor de color amarillo. Otros síntomas
eran náuseas, vómitos, mareos y dolor de cabeza.
Origen de la acidosis metabólica asociada con el uso de 2, 4-dinitrofenol
La afección del metabolismo aerobio activa la gulcólisis anaerobio con la creciente producción de ácido láctico
Ciclo alanina-glucosa y su importancia
También llamado Ciclo de Cahill, procede con la proteólisis en el tejido muscular, cada uno de los aminoácidos liberados reacciona con una molécula de piruvato formando alanina más un cetoácido (alfa cetoglutamato). La alanina circula en sangre hasta el hígado donde es covertida nuevamente en piruvato para incluirse en la gluconeogénesis y liberar glucosa en sangre para el musculo y otros tejidos
Reacción catalizada por la glutamina sintetasa
Sintetiza glutamina a partir de glutamato y amoniaco:
Glutamato + ATP + NH2 = Glutamina + ADP
Importancia de la glutamina en el transporte de nitrógeno de los tejidos hacia el hígado y los riñones
El amonio puede resultar tóxico para los distintos teijdos (destacando el cerebro y tejido nervioso). Es importante la formación de glutamina para la eliminación de amonio hacia el hígado o los riñones
Importancia de la glutamina para la desintoxicación del amonio en el cerebro
Para el cerebro resulta esencial la formación de glutamina para la liberación del amoniaco
Reacción catalizada por la glutaminasa
Enzima presente en las células renales y hepáticas que catabolizan la glutamina en glutamato y amoniaco que es eliminado (en riñones) o incluido en el ciclo de la urea (en hígado)
Localización e importancia de la glutaminasa
Localizada principalmente en células renales y hepatocitos (y en menores cantidades en intestino y mitocondrias neuronales). Su importancia radica en su papel en la liberación de glutamato, que será reciclado, y amoniaco, que será eliminado en la orina o incluido en el ciclo de la urea.
Características de la urea y cifras normales en el plasma sanguíneo
Residuo del metabolismo de los aminoácidos, formado por dos grupos carbonilo y dos grupos amino, es dipolar tanto hidrosoluble como liposoluble por lo que atraviesa la membrana sin dificultad. Concentración normal: 15-45mg/dl
El amonio urinario como una forma de excretar nitrógeno de las proteínas
El amonio se forma por reacción del amoníaco con agua, puede excretarse en la orina, no obstante, debido a su alta toxicidad es convertido en urea
Reacción de formación del fosfato de carbamilo
El primer nitrógeno, derivado
del amoníaco, entra en el ciclo de la urea como carbamoil fosfato,
sintetizado por la carbamoil fosfato sintetasa I en el hígado a partir de amoníaco (NH2) y CO2
C02 + NH3 + 2 ATP —» Carbamoil fosfato + 2 ADP + Pi
Ciclo de la urea, tejido donde se lleva a cabo e importancia
Se realiza en el hígado. Su importancia radica en la formación de urea como opción de desecho de nitrógeno de poca toxicidad (La urea es el principal producto de la excreción de nitrógeno en
los seres humanos)
Espacios subcelulares involucrados en el ciclo de la urea
Citoplasma y matriz mitocondrial
Moléculas que donan los grupos amino que forman parte de la urea
Los aminoácidos pierden su grupo amino y este llega al ciclo de la urea como amonio libre o en aspartato. No obstante, ambos grupos amino proceden en última instancia del glutamato.
Reacción que produce aspartato a partir de glutamato
Transaminación con oxalacetato. Reacción produce alfa-cetoglutarato y aspartato (el aspartato dona el grupo amino directamente al ciclo de la urea)
Relación entre el ciclo de la urea y el ciclo de Krebs
El ciclo de la urea es activado por las concentraciones séricas de amonio y requiere para su actividad del alfa-cetoglutarato, también requerido en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. Una hiperactividad del ciclo de la urea por una hiperamonemia puede condicionar depleción de alfa-cetoglutarato e inhibir la producción de energía
Enzimopatías del ciclo de la urea
Casi el 70% se presenta en la edad
neonatal y el resto en cualquier otra edad. Cuando el inicio es neonatal las enzimas están severamente deficientes o
ausentes y en los casos no neonatales existe una amplia
variedad en el grado de severidad. Excepto en la deficiencia de ornitina transcarbamilasa (OTC), el tipo de herencia es autosómica recesiva. La deficiencia de OTC generalmente está ligada al cromosoma X.
Reacción que cataliza la ornitina transcarbamilasa
La ornitina transcarbamilasa u ornitina carbamoiltransferasa es una enzima que cataliza la reacción entre el carbamil fosfato y la ornitina para formar citrulina y fosfato.
Manifestaciones clínicas y bioquímicas de la deficiencia de ornitina transcarbamilasa
Los brotes de hiperamonemia debido a la incapacidad del organismo de detoxificar el amoníaco, se manifiestan por vómitos y alteraciones neurológicas como: ataxia, confusión mental, agitación, y combatividad.
Los síntomas y signos en los casos con presentación NEONATAL son los siguientes: evolución de irritabilidad y somnolencia a letargo y coma; postura anormal (postura neurológica) debida al edema cerebral; pérdida de la termorregulación (hipotermia), alteración en la alimentación,
convulsiones, hiperventilación.
Razón de que existan formas neonatales y tardías de la deficiencia de ornitina transcarbamilasa
La razón de existencia de las formas tardías es que se trata de una enfermedad de herencia ligada al cromosoma X por lo que puede dar a formas menos severas (sobretodo en mujeres)
Elementos terapéuticos aplicables a pacientes con deficiencia de ornitina transcarbamilasa
Dieta baja en proteínas y aumentar la ingesta de hidratos de carbono y grasas, benzoato de sodio con arginina y fenilbutirato de sodio para eliminar compuestos nitrogenados, biotina como estimulante de OTC, hemodiálisis
