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Talle teorico de bioquimica ...

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TALLER FINAL DE BIOQUIMICA

MARIA CAMILA ALTAMAR NAVARRO ANGIE JOHANA ANGARITA NIEBLES ANDRES CAMILO MORENO GARCIA NELVER ELIAS URIBE SIERRA

TALLER DE BIOQUIMICA

CARMIÑA LUCIA VARGAS ZAPATA QUIMICO FARMACEUTICO, UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO MAGISTER EN CIENCIAS Y DOCTORADO EN CIENCIAS (BIOQUIMICA), UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO POST-DOCTORADO, UNIVERSITY OF CALIFORNIA.

UNIVERSIDAD DEL ATLANTICO FACULTAD DE QUIMICA Y FARMACIA FARMACIA PUERTO COLOMBIA, ATLANTICO 2020

INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se llevó a cabo una investigación minuciosa sobre el metabolismo de las vitaminas, proteínas, y lípidos relacionados a los conceptos bioquímicos. El objetivo principal de esta investigación va encaminado al entendimiento de los distintos procesos bioquímicos que se realizan en el metabolismo. Los macronutrientes (lípidos, proteínas) se encuentran en los alimentos, cumpliendo múltiples funciones en el organismo, entre ellas la energética. Las vitaminas son sustancias presentes en los alimentos que son indispensables para el correcto funcionamiento del organismo, las vitaminas funcionan como catalizadores de reacciones químicas que se producen en el cuerpo provocando la liberación de energía.

DESARROLLO 1- ¿Cuál de las siguientes características se presenta en un paciente con deficiencia de tiamina? Argumenta su respuesta explicando o esquematizando. ABCDE-

Un nivel disminuido del piruvato y lactato. Un incremento del tiempo de coagulación de la sangre Un bajo nivel de la transaminasa de los globulos rojos Un incremento de la excreción urinaria de triptófano y ácido xanturémico Una disminución de la actividad transcetolasa en eritrocitos.

R// Opción E. La transcetolasa cataliza reacciones fundamentales en otra vía metabólica que ocurre en el citosol conocida como la vía de las pentosas fosfato. Uno de los intermediarios más importantes de esta vía es la ribosa-5-fosfato, un azúcar fosforilado de 5 carbonos, necesario para la síntesis de ribonucleótidos tales como, ATP y guanosina trifosfato (GTP). Nucleicos son los bloques de construcción de ácidos nucleicos, ADN y ARN. La vía del fosfato de pentosa también suministra diversas vías anabólicas, incluyendo ácidos grasos, con la coenzima que contiene niacina (1, 4). Debido a que la transcetolasa disminuye con rapidez ante una deficiencia de tiamina, y a diferencia de la mayoría de las enzimas dependientes de tiamina, está presente en las células rojas, se ha utilizado la medición de su actividad en eritrocitos para evaluar el estado nutricional de la tiamina

Imagen 1. Transcetolasa en el ciclo de Krebs (Transcelotaciones)

2- ¿La vitamina B6 o piridoxal fosfato es un cofactor para cuál de las siguientes reacciones enzimáticas? Argumenta su respuesta, explicando o esquematizando A-Fijación del dióxido de carbono B-Oxidación-Reducción C-Aminotransferasa D-Acción quinasa E-Descarboxilación de el alfa ceto ácidos R// Opcion C La vitamina B6 está formada por un grupo de tres compuestos químicos los cuales son: piridoxina, piridoxal y piridoxamina, su derivado éster fosfato piridoxal 5’-fosfato o llamado también (PLP) es el cofactor de la mayoría de enzimas dependientes de la vitamina B6 presentes en el cuerpo humano. Las enzimas dependientes de piridoxal-5′-fosfato (enzimas PLP) catalizan reacciones bioquímicas, participando activamente en la biosíntesis de aminoácidos y metabolitos derivados de aminoácidos, así como en las rutas biosintéticas de los amino azúcares y en la síntesis o catabolismo de neurotransmisores, existe un principio unificador simple: en el estado de reposo, el cofactor (PLP) está unido covalentemente al grupo amino de una lisina de sitio activo, formando una aldimina interna. Una vez que el sustrato amino interactúa con el sitio activo, se genera una nueva base de Schiff, comúnmente conocida como la aldimina externa. El PLP es la coenzima (cofactor orgánico no proteico) en las reacciones de transaminación, las cuales se dan por medio de las enzimas aminotransferasas.

En las siguientes preguntas 3 al 7, Para cada vitamina seleccione el proceso metabólico que este mas asociado colocándole la letra correcta y explique por qué con argumentos bioquímicos. ABCDE-

Acido fólico Vitamina D Tiamina Vitamina E Vitamina A

3- ¿La Sintesis del ADN está asociado con cual vitamina de las anteriores y por qué? R// Opcion A La síntesis de ADN se asocia con el ácido fólico, también conocido como folato o vitamina B9, ya que es una vitamina hidrosoluble que está presente en plantas y tejidos animales, tiene una acción importante en la síntesis de las purinas, guanina, adenina y de la pirimidina timina, que son compuestos que se utilizan para la formación de nucleoproteínas: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), que son esenciales para la división celular. Los folatos tienen principalmente dos efectos fisiológicos importantes: son un cofactor para enzimas que sintetizan ADN y ARN y son necesarios para la conversión de homocisteína a metionina. Cuando el nivel de folatos es insuficiente se inhibe la síntesis de ácidos nucleicos y las células no son capaces de producir suficiente ADN para las mitosis. 4- ¿Presencia de Beriberi en niños es debido a la deficiencia de cual vitamina y por qué? R// Opción C El beriberi es la única enfermedad grave por deficiencia nutricional que a veces ataca a niños menores de seis meses de edad, por lo demás normales, y que reciben cantidades adecuadas de leche materna. Resulta del insuficiente contenido de tiamina en la leche de madres con falta de esta vitamina, aunque la madre a menudo no tiene signos visibles de beriberi. El niño se desgasta y se torna delgado, presenta vómito y diarrea, y a medida que avanza la enfermedad se vuelve marásmico por carencia de energía y nutrientes. En el beriberi infantil agudo, el curso de la enfermedad es tan rápido que el diagnóstico es muy difícil.

En la forma más crónica, la pérdida de la voz es uno de los signos característicos de la enfermedad. En el beriberi infantil agudo, el curso de la enfermedad es tan rápido que el diagnóstico es muy difícil. En la forma más crónica, la pérdida de la voz es uno de los signos característicos de la enfermedad. En cualquiera de las formas, se debe examinar a la madre para buscar signos de carencia de tiamina. 5- ¿El comportamiento normal del crecimiento de los huesos se le debe a la presencia de cuál de las vitaminas y por qué? R// Opción B Su cuerpo necesita calcio para mantener los huesos densos y fuertes. La densidad ósea baja puede provocar que sus huesos se vuelvan quebradizos y frágiles. Estos huesos débiles pueden fracturarse más fácilmente, incluso sin una lesión evidente. La vitamina D ayuda a su cuerpo a absorber el calcio. Coma alimentos que proporcionan las cantidades adecuadas de calcio, vitamina D y proteínas. Este tipo de dieta le dará a su cuerpo los pilares fundamentales que necesita para producir y mantener los huesos fuertes. Además de obtener suficiente calcio y vitamina D, usted puede disminuir el riesgo de desarrollar osteoporosis haciendo ejercicios regularmente, y evitando el tabaquismo y la ingesta excesiva de alcohol. 6- ¿La ceguera está relacionado con la deficiencia de cual vitamina y explique, por qué? R// Opción E Esta relacionada a La carencia alimentaria de vitamina A afecta frecuentemente y de manera importante a los ojos y puede llevar a la ceguera. La xeroftalmía, que significa sequedad de los ojos (de la palabra griega xeros que significa seco), es el término que se utiliza para incluir las manifestaciones oculares resultantes de la falta de vitamina A. a primera evidencia de una deficiencia de vitamina A es la dificultad para adaptarse a la oscuridad o la ceguera nocturna. Una deficiencia de vitamina A leve puede resultar en cambios en la comisura de los ojos. Una deficiencia grave o prolongada de vitamina A causa cambios en las células del revestimiento

transparente del ojo (córnea) que acaban derivando en úlceras corneales y en ceguera (3, 30). La deficiencia de vitamina A en los niños de países en vías de desarrollo es la principal causa de ceguera

7- ¿La eliminación de los daños causados por la producción de radicales libres está asociada a cuál de las vitaminas y por qué? R// Opción D Vitamina E, ya que esta es un agente antioxidante que se encarga de proteger las membranas del año oxidativo que producen los radicales libres, los cuales pueden modificar componentes de la célula tales como las proteínas, el ADN y los lípidos. Se encarga de capturar los radicales libres, neutraliza peróxido, captura O2 y neutraliza el oxigeno singlete. La vitamina E actúa en el medio liposoluble de la célula, su absorción y transporte se hallan muy vinculados con el de los lípidos. La vitamina E es considerada el más importante protector de las moléculas lipídicas. Sin embargo, una vez que una sola molécula de vitamina E neutraliza un radical libre, la capacidad antioxidante se pierde. La vitamina E puede ser regenerada por otros antioxidantes como la vitamina C.

8- Responda en cada línea y estudiar (para el quis) de la tabla anexa sobre enfermedades genéticas del metabolismo del glucógeno relacionadas con alteraciones de las actividades enzimáticas tanto de la glucogenogénesis como de la glucogenolisis, como son de TIPO I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII.

Tipo

Nombre de Enzima la defectuosa enfermedad

Niveles glucogeno

I

Von gierke

Cantidad aumentada: estructura normal

Glucosa-6fosfato

de Estructura glucogeno

del Principal Tejido alterado

Hígado y riñon

II

pompe

1,4-αglucosidasa (lisosómica)

Aumento masivo en cantidad: estructura normal

Todos los órganos

III

Cori

Cantidad aumentada: ramas externas cortas

Musculos e hígado

IV

Andersen

1-6glucosidasa («desramificante») Enzima «ramificante» (1,4-α  1,6α)

Cantidad normal: rmas externas muy largas

Hígado y bazo

V

McArdle

Fosforilasa (muscular)

Cantidades moderadamentes aumentadas: estructura normal

musculo

VI

Hers

Fosforilasa (hepática)

Cantidad aumentada

higado

VII

Tauri

Fosfo-fructoquinasa

Cantidad aumentada: estructura normal

musculo

VIII

Deficiencia de Fosforilasa Kinasa.

Fosforilasaquinasa

Cantidad aumentada: estructura normal

higado

9- ¿Los grupos acetilos requeridos para la síntesis citoplasmática de ácidos grasos son producidos en el citoplasma como resultado de la actividad de la enzima? Escoja la verdadera y explique con esquema o reacción bioquímica su respuesta. A) B) C) D) E)

Citrato sintetasa Isocitrato deshidrogenasa Citrato liasa Tiolasa Enzima málica

R// Opción C. acetil.CoA se genera en la mitocondria principalmente a partir de dos fuentes, de la reacción de la piruvato deshidrogenasa (PDH) y de la oxidación de los ácidos grasos. Para que estas unidades acetil puedan ser utilizadas para la síntesis de ácidos grasos estas deben estar presentes en el citoplasma. El cambio de oxidación de los ácidos grasos y oxidación glucolítica ocurre cuando la necesidad de energía en la célula disminuye. Esto resulta en una disminución en la oxidación de la acetil.CoA en el ciclo del ATC y en la vía de la fosforilación oxidativa. Bajo estas condiciones las unidades acetil de la mitocondria pueden ser almacenadas como grasa para suplir las demandas de energía en el futuro. La acetil.CoA entra al citoplasma en la forma de citrato por medio del sistema de transporte del tricarboxilato (ver figura). En el citoplasma el citrato se convierte en oxaloacetato por la reacción dirigida por la ATP-citrato liasa (siglas en Inglés: ACLY). Esta reacción es esencialmente el reverso de aquella catalizada por la enzima del ciclo del TCA sintasa de citrato excepto que requiere la energía de la hidrólisis del ATP para empujar la reacción hacia delante. El oxaloacetato

resultante se convierte en malato por la malato deshidrogenasa (MDH.

Imagen 2. Lanzadera de citrato. En el citosol, el citrato regenera acetil-CoA en una reacción dependiente de ATP. Esta reacción es la inversa a la producida en la matriz mitocondrial y por ello también se genera oxaloacetato. Citrato + CoA + ATP -------> acetil-CoA + oxaloacetato + ADP + Pi La enzima que cataliza esta reacción es la ATP-citrato liasa. La reacción inversa es una reacción exergónica, ya que la ruptura del enlace energético del CoA permite la liberación de gran cantidad de energía. En este caso, proceso inverso, debe formarse este enlace energético, por lo que se requiere la intervención del ATP, que gracias a la ruptura de uno de sus dos enlaces esterfosfóricos, permite la regeneración del Acetil-CoA. Por lo tanto, el acetil-CoA ya se encuentra disponible en el citosol para participar en distintas vías anabólicas. 10- ¿En pacientes que sufren de la enzima necesaria para la síntesis de ácidos grasos Acetil CoA carboxilasa, cuál de los metabolitos listados es probable a acumularse en el suero y orina? Escoja el verdadero explicando o argumentando su respuesta. A) B) C) D) E)

Cadenas cortas de ácidos grasos Cadenas largas de ácidos grasos Cuerpos cetónicos Malonil CoA Ácido fitánico

R// Opción A. Acetil CoA carboxilasa en el metabolismo de los ácidos grasos La regulación de los ácidos grasos es algo que estrictamente controlado, ya que la degradación y síntesis de ácidos grasos obedecen fielmente a necesidades fisiológicas. La mayor síntesis de ácidos grasos ocurrirá en los siguientes casos: 

Abundancia de carbohidratos



Abundante carga energética



Escasez de ácidos grasos

La enzima más importante en la regulación del metabolismo de los ácidos grasos es la «Acetil~CoA-carboxilasa». Esta enzima cataliza el primer eslabón (etapa limitante) en la síntesis de los ácidos grasos. De modo más preciso, limita el aporte de malonil~CoA, la molécula que aporta la unidad de dos átomos de carbono a la cadena de ácido graso en crecimiento. La actividad de Acetil~CoA-carboxilasa está determinada por el estado energético del organismo que se controla de manera conjunta y coordinada por tres señales: insulina (estimulando la síntesis), glucagón; y la adrenalina (favoreciendo la lipogénesis). Otras moléculas también tienen efectos significativos sobre el balance “lipogénesis vs lipólisis”. Así, el citrato incrementa la actividad de la carboxilasa; el palmitil~CoA y el AMP, inhiben la actividad carboxilasa. La actividad de la enzima AMPK que cataliza la fosforilación de la carboxilasa, es un indicador del nivel de combustible metabólico, pues se activa por el ATP (suministrador de grupos fosfato e inactiva por el AMP (cuando disminuye el número de grupos fosfato disponibles) La Acetil CoA carboxilasa desempeña un papel importante para la posible regulación de la degradación de los ácidos grasos. El malonil CoA producto de la reacción de la carboxilasa, está presente a concentraciones elevadas en cuando abundan las moléculas combustibles. El malonil CoA inhibe la carnitina aciltransferasa I, evitando el acceso de los ácidos grasos a la matriz mitocondrial en su plenitud. Cuando en nuestro cuerpo presentamos bajos niveles de energía celular, señalizado por elevados niveles de AMP, y cuando el organismo está falto de energía, esto señalizado por la presencia de glucagón, no es posible la síntesis de los ácidos grasos. 11- En la beta oxidación de los ácidos grasos están involucradas cuatro reacciones secuenciales para remover dos unidades de carbono cada vez, escoja la secuencia verdadera, argumento y explique con esquemas las reacciones, A) B) C) D) E)

Oxidación, des-hidratación, oxidación, tiolisis Reducción, des-hidratación, reducción, tiolisis Oxidación, hidratación, oxidación, tiolisis Hidrogenación, deshidratación, hidrogenación, tiolisis Reducción, hidratación, des-hidrogenación, tiolisis

R// Opción C

En la matriz mitocondrial se produce el proceso de β-oxidación, esta es un proceso del metabolismo aerobio de los ácidos grasos el cual sufren remoción de un par de átomos de carbono, esto se da mediante la secuencia de cuatro reacciones (oxidación, hidratación, oxidación y tiólisis), este los remueve sucesivamente en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descomponga por completo en forma de moléculas acetil-CoA, oxidados en la mitocondria para generar energía (ATP). Las cuatro reacciones de la ß-oxidación son: 1. Oxidación del acil graso-CoA a transΔ2-enoil-CoA (nombre genérico para un ácido graso activado con un doble enlace en trans en posición 2) por acción de una acil-CoA deshidrogenasa, una flavoenzima cuyo FAD se reduce a FADH2.

2. Hidratación por incorporación de una molécula de agua al doble enlace entre los carbonos 2 y 3 catalizada por la Enoil-CoA Hidratasa (que solo actúa sobre dobles enlaces trans) para dar L-3-hidroxiacil-CoA.

3. Oxidación catalizada por la Hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, con NAD+ como coenzima, que transforma el grupo hidroxilo en carbonilo y produce 3-cetoacil-CoA y NADH + H+.

4. Tiólisis entre los carbonos α y ß, catalizada por la tiolasa, que libera una molécula de acetil-CoA al tiempo que la entrada de coenzima A permite que se forme un acil graso-CoA con dos carbonos menos que el de partida.

Podemos representar las reacciones de β-oxidación por medio de la hélice de lynen:

Imagen 3. Reacciones de β-oxidación por medio de la hélice de lynen.

12- ¿Un paciente en convalecencia después de una enfermedad se encuentra en qué balance nitrogenado? Escoja la correcta y explique con argumentos bioquímicos. A)- Balance nitrogenado negativo B) Balance nitrogenado normal C) Balance nitrogenado positivo D) Balance nitrogenado normal y negativo E) Esta en todos los Balance nitrogenados R// Opción A. Se encuentra en un balance nitrogenado negativo dada la circunstancia, ya que estará un deterioro en su composición corporal por disminución de su masa

magra. Un balance nitrogenado se refiere al balance de proteínas, porque la mayor parte del N corporal está en los aminoácidos que componen las proteínas. Es muy importante entender que un adulto sano no acumula proteínas de tal manera que, si las ingiere en cantidades mayores a sus necesidades, aumentará su excreción de N ureico en la orina. Por la misma razón, si las ingiere en menor cantidad estará dando positivo para un balance nitrogenado negativo

13- Para el tratamiento de un paciente que tiene altos niveles de amonio en sangre, se le recomendaría el siguiente tratamiento. Escoja la respuesta correcta y explique, argumente su respuesta con ayuda de esquema metabólicos. A) B) C) D) E)

Una dieta baja en fenilalanina Una dieta reducida en carbohidratos Ingesta reducida de ácidos grasos Una dieta baja en proteína suplementado con arginina Una dieta aumentada en proteína suplementada con arginina

R// Opción D. Cuando la dieta es mayoritariamente proteína, la utilización de los esqueletos carbonados de los aminoácidos como combustible da lugar a la producción de mucha urea a partir del exceso de grupos amino.

Imagen 4. Eliminación del amonio en el cuerpo. El amonio es un subproducto de la digestión de proteínas en el cuerpo. A causa de esto, es importante limitar el consumo de proteínas si experimentas niveles particularmente altos de amonio en la sangre. Los niveles altos de amonio generalmente se identifican por un aumento de los síntomas. Por ejemplo, si tienes una enfermedad hepática y experimentas un funcionamiento cerebral anormal, es una buena idea limitar el consumo de proteínas mientras te recuperas.